Heterogene Integration neuartiger Oxide mit extrem großer Bandlücke auf Silizium

• Antragsteller: Professor Dr. Roman Engel-Herbert
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551350199

Ziel des Verbundforschungsprojekts ist es, neuartige Halbleiteroxide mit extrem großer Bandlücke - GeO2 und SrSnO3 - mit der herkömmlichen Halbleitertechnologieplattform Silizium zu integrieren. Zwei verschiedene Ansätze für die heterogene Integration dieser strukturell und chemisch inkompatiblen Oxid-Halbleiter werden entwickelt, angewandt und analysiert: (i) mechanischer Transfer von Oxid-Nanomembranen mit Rutilstruktur; (ii) direktes Wachstum einer metamorphen Pufferschicht mit Perowskit-Struktur. Es werden Dotierungsstrategien für Rutil- und Perowskit-Oxid-Halbleiter entwickelt, und die Funktionalität dieser auf Silizium integrierten Materialien mit extrem großer Bandlücke durch Herstellung und Testen von Protoypen elektronischer Bauelemente demonstriert. Die Forschungsarbeiten haben weitreichende industrielle und gesellschaftliche Auswirkungen, da die Eigenschaften von Halbleitern mit extrem großer Bandlücke ideal geeignet sind, um die neu entstehenden intelligenten und dezentralisierten Stromnetzarchitekturen zu steuern sowie umweltfreundliche und kohlenstoffneutrale Energiegewinnungen wie Photovoltaik oder Windturbinen effektiv zu integrieren. Digitale Steuerungen und Schalter aus Halbleitern mit extrem großer Bandlücke werden auch beötigt, um Hochleistungselektromotoren digital anzusteuern und die ökologische Revolution in der Automobilindustrie voranzutreiben. Diese Materialklasse eröffnet zudem neue Möglichkeiten und erweiterte Anwendungsbereiche halbleiterbasierter Steuerungen, Sensoren und Detektoren in 'unwirtlichen' Umgebungen - wie höhere Temperatur oder höhere Strahlungsbelastung. Optoelektronische Bauelemente im tiefen UV-Bereich, insbesondere Photodioden und Photodetektoren für die Reinigung und Desinfektion von Luft, Wasser oder Oberflächen, sowie sonnenblinde UV-C-Photodetektoren für die Umweltüberwachung, wie z. B. zur Erkennung von Feuer oder Kommunikationslösungen ohne direkte Sichtverbindung können so realisiert werden. Das vorgeschlagene gemeinsame Forschungsprojekt zielt darauf ab, bestehende fundamentale Hürden bei der Materialentwicklung dieser Halbleiterklasse zu überwinden. Es birgt daher das Potenzial, neue Grenzflächenphysik in diesen artifiziell synthetisierten Oxid-Heterostrukturen zu studieren und somit die Vielseitigkeit von Rutil- und Perowskit-Oxid-Halbleitern für die Forschung breiter nutzbar und zugänglich machen. Damit kann es einen Beitrag zu den weltweit laufenden wissenschaftlichen und technologischen Bemühungen auf dem Forschungsgebiet der Halbleitermaterialien mit extrem großer Bandlücke leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Südkorea
• Partnerorganisation: National Research Foundation of Korea, NRF
• Kooperationspartner: Professor Junwoo Son, Ph.D.