Layered structures of Metal Sulphides

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Föhlisch
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400335214

Sputter-Deposition ist ein etabliertes Verfahren zur Materialherstellung, dessen Ausweitung auf 2-dimensionale (2D) Materialien einen immensen Vorteil für industrielle Produktionsverfahren in Europa bedeuten würde. Dieses Ziel verblieb bis heute nur ein Traum, da der Vorteil eines energiereichen Teilchenstroms, der die Sputter-Deposition konventioneller Materialen fördert, sich für empfindliche 2D Schichtmaterialien in einen Nachteil verkehrt. Es gibt jedoch Prozessbedingungen und Prozessparameter unter denen eine signifikante Reduktion dieser Schadprozesse erreicht werden kann. Das Ziel ist also durch eine eng verzahnte Monte-Carlo-Simulation des Sputterprozesses und durch experimentelle Rückkopplung der resultierenden Schichtsysteme, ein Sputter- Depositionsverfahren zu entwickeln, welches optimale 2D Schichtstrukturen ermöglicht. In diesem Projekt werden wir sowohl eine Sputter-Depositionsmethode für die Abscheidung auf empfindlichen 2D Schichtstrukturen als auch die Sputter-Deposition von qualitativ hochwertigen Sulfid Schichtstrukturen, wie WS2, MoS2, SnS2 und deren Kombinationen, entwickeln. Derartige Materialkombinationen stellen exakt die 2D-Materialien dar, deren Synthese für Europa als ein entscheidender Faktor für die kommerzielle Nutzung identifiziert wurde. Heterogene 2D-Materialverbindungen bieten des Weiteren “materials on demand”, d.h. gewünschte Materialeigenschaften werden durch die Kombination der Schichtkomponenten maßgeschneidert. Die abgeschiedenen Schichten werden im Folgenden mittels ineinandergreifender Methoden vollständig strukturell und elektronisch charakterisiert: optische Mikroskopie, Rasterkraftmikroskopie (AFM), Rastertunnelmikroskopie (STM), Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Röntgenstrahlenbeugung, Raman- und Photolumineszensspektroskopien, Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und Photoelektronenspektroskopie im harten Röntgenstrahlenbereich. Diese vollständige strukturelle und elektronische Charakterisierung ist der Schlüssel für das Verständnis der physikalischen Eigenschaften der Schichten- und Heterostrukturen und Ihrer Wachstumsprozesse. Somit stellen sich die Ziele und Lösungsansätze des vorgestellten Projekts wie folgt zusammenfassend dar: • Untersuchung und Charakterisierung des Einflusses von energiereichemTeilchenbeschuss im Hinblick auf Sputter-Deposition auf 2D-Materialien.• Entwicklung eines Sputter-Depositionsverfahrens, das die Abscheidung auf denvorgeschlagenen 2D-Materialien ohne Qualitätsverluste ermöglicht.• Entwicklung eines Sputter-Depositionsverfahrens, das die Abscheidung vonhochqualitativen Sulfidschichten wie WS2, MoS2, SnS2 und neuartigeKombinationen daraus ermöglicht.• Vollständige strukturelle und elektronische Charakterisierung dieser 2DMaterialschichtsystemehinsichtlich der zugrundeliegenden physikalischenGesetzmäßigkeiten, wie der Korrelation von Strukturaspekten (Kristallstruktur undDefekte) zu elektronischen Eigenschaften.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Schweden
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Tomas Nyberg; Professorin Nadine Witkowski