Entwicklung und Untersuchung von MOCVD Wachstumsprozessen für binäre und ternäre 2D Übergangsmetall-Dichalkogenide (TMDC)

• Antragsteller: Professor Dr. Gerd Bacher; Professor Dr.-Ing. Andrei Vescan
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414268710

2D-Materialien, insbesondere TMDC, haben in den letzten Jahren stetig an Bedeutung sowohl in der Grundlagenforschung als auch bei der Entwicklung von neuartigen Bauelementkonzepten gewonnen. Es wurde eine Vielzahl interessanter Ergebnisse publiziert, oft basierend auf exfoliertem Material oder auf Materialien, welche mittels nicht-skalierbarer Methoden abgeschieden wurden. Für den industriellen Einsatz sind skalierbare und reproduzierbare Herstellungsverfahren wie die MOCVD elementar wichtig, insbesondere da für Bauelementanwendungen auch 2D-2D-Heterostrukturen zunehmend in den Fokus rücken. Erste Ergebnisse zu per MOCVD abgeschiedenen 2D-2D-Heterostrukturen wurden von den Antragstellern im Vorgängerprojekt bereits demonstriert. Diese Ergebnisse sollen im Folgeprojekt systematisch in Richtung komplexer Doppel-Heterostrukturen aus 2D-Filmen ausgedehnt werden. Solche sind in der Literatur momentan kaum erforscht, bieten aber interessante Anwendungsperspektiven sowie spannende Optionen, die Physik von 2D-Heterostrukturen besser zu verstehen. Ziel des Projekts ist die Entwicklung großflächiger und homogener 2D-TMDC-Quantenfilm-Heterostrukturen mit definierten Leitungs- bzw. Valenzband-Offsets mittels MOCVD, sowie die Analyse ihrer strukturellen und optischen Eigenschaften. Durch entsprechende Wahl des Quantenfilm- und Barrierenmaterials werden die Bandoffsets so eingestellt, dass entweder Elektronen oder Löcher (oder gegebenenfalls auch beide) im Quantenfilm lokalisiert werden. Das Projektziel soll über einen dreistufigen Projektplan erreicht werden. Im ersten Schritt wird das laterale Wachstum der einzelnen 2D-Schichten so optimiert, dass geschlossene Monolagen entstehen. Besondere Herausforderung im Hinblick auf Heterostrukturen ist in erster Linie die Kontrolle der schichtweisen Abscheidung mit minimaler parasitärer Bilagen- und Trilagen-Nukleation. In der nächsten Stufe werden Einfach-Heterostrukturen bestehend aus zwei unterschiedlichen Materialien realisiert. Die Bandstruktur und die resultierende Ladungsträgerverteilung werden mittels Photoelektronenspektroskopie bzw. zeitintegrierter und zeitaufgelöster optischer Spektroskopie analysiert. Im letzten Schritt erweitern wir die Strukturen auf quantentopfähnliche, symmetrische Doppel-Heterostrukturen. Die erwarteten Änderungen der exzitonischen Zustände und die veränderte Wechselwirkung mit der Umgebung sollen dann im Vergleich mit Einfach-Heterostrukturen analysiert werden. Durch unterschiedliche Materialwahl wollen wir untersuchen, ob sich damit nicht nur Typ-II-, sondern auch Typ-I-Doppel-Heterostrukturen herstellen lassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. Holger Kalisch; Dr. Tilmar Kümmell