Tiefe Störstellenspektroskopie zur Defektcharakterisierung in dielektrischen Materialien

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Martin Geller; Dr. Nicolas Wöhrl
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514161805

Die physikalischen Eigenschaften von Festkörpern werden zu einem großen Teil durch Defekte bestimmt. Dies gilt insbesondere für die elektrischen und optischen Eigenschaften von Halbleitern und Isolatoren, wobei für Halbleiter eine Vielzahl etablierter Methoden zur Defektcharakterisierung existiert. Die wichtigste Methode zur elektrischen Charakterisierung von Defekten in Halbleitern ist die sogenannte tiefe Störstellenspektroskopie (Deep-Level-Transient-Spectroscopy (DLTS)). Bei dieser ermöglicht eine kontrollierte Be- und Entladung der Defekte innerhalb einer Raumladungszone die Bestimmung des Einfangquerschnitts und der Aktivierungsenergie (als spezifischer Fingerabdruck). Da die konventionelle DLTS auf die Verarmungszone an der Grenzfläche eines leitfähig dotierten Halbleiters (z.B. p-n-Übergang oder Schottky-Kontakt) angewiesen ist, eignet sie sich nicht zur elektrischen Defekt-charakterisierung in dielektrischen (isolierenden) Materialien. Innerhalb dieses Projekts soll eine neue Methode zur Untersuchung tiefer Störstellen in dielektrischen Materialien weiterentwickelt und optimiert werden, um Defekte in Isolatoren wie Al2O3, SiO2, TiO2 und GaN zu charakterisieren. Es handelt sich um eine optoelektrische Technik, welche die Boxcar-Auswertung der DLTS in Kombination mit einer leitfähigen Schicht (einem zweidimensionalen Elektronen-/Lochgas) verwendet; diese somit die Raumladungszone ersetzt. Die als „optische 2D-DLTS“ bezeichnete Technik erweitert die bekannten Methoden der Defektspektroskopie für Defektniveaus in nominell undotierten dielektrischen Materialien. Beginnend mit einer Erweiterung des bisherigen Temperaturbereichs und der Bandbreite der Methode wird eine Optimierung der Eigenschaften des elektrischen Detektors (des zweidimensionalen Lochgases an der Oberfläche einer epitaktisch-hergestellten Diamantschicht) erfolgen. Langfristiges Ziel ist die Etablierung einer neuen optischen 2D-DLTS-Methode als vielseitiges Werkzeug zur Untersuchung von Defekten in verschiedenen dielektrischen Materialien, die auf unterschiedlichen Detektormaterialien (Diamant, GaAs, Si usw.) gewachsen wurden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen