Labs / equipment

Molecular beam epitaxy for oxides

A main focus of the research group "Solid State Materials" is the synthesis of materials. Novel thin layer and nanostructure semiconductors are grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy (PAMBE) in a self-assembled process under ultra-high vacuum conditions (10^-10 mbar). Goal is the optimization of growth parameters of materials for specific applications. Furthermore, PAMBE enables precise doping and alloying experiments. 

Our focus in the research field of oxide based semiconductors is the growth of II-VI semiconductors as well as the materials SnO2 and Ga2O3. The MBE system is a COMPACT 12 von RIBER, equiped with a RHEED system for in-situ growth control.

Molecular beam epitaxy for nitrides

Ein wesentlicher Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe ?Festk?rpermaterialien“ ist die Materialsynthese. Neuartige Dünnschichten oder Nanostrukturen von Halbleitermaterialien werden mittels plasma-assistierter Molekularstrahlepitaxie (PAMBE) in einem selbst-assemblierten Prozess unter Ultrahochvakuum-Bedingungen (10^-10 mbar) hergestellt. Dabei werden die Wachstumsprozesse erforscht mit dem Ziel die Prozessparameter der Materialien zu optimieren und für unterschiedliche Anwendungen gezielt zu manipulieren. Die Materialsynthese mittels PAMBE erm?glicht zudem pr?zise Dotierungs- sowie Legierungsexperimente.

Atomic layer deposition

The Oxford FlexAL atomic layer deposition (ALD) system is used for growth of oxides (e.g. Al₂O₃, TiO₂), nitrides (e.g. TiN) and sulfides (e.g. MoS₂, WS₂) with temperaturens up to 550 °C. The processes can be supported by Inductively Coupled Plasma (ICP) or Capacitively Coupled Plasma (CCP)

X-ray photo electron spectroscopy

Analysis of chemical composition of solid state materials with x-ray photo electron spectroscopy (XPS).

Atomic force microscopy

Surface morphological characterisation with Atomic Force Microscopy (AFM) using Bruker Dimension Icon XR.

Raman- and photoluminescence spectroscopy

Das Labor für optische Spektroskopie ist mit einem Horiba Labram Evolution Spektrometer mit CCD-Kamera für Raman-Spektroskopie und zeitintegrierte Photolumineszenz-Spektroskopie (TIPL) ausgestattet. Für zeitaufgel?ste Photolumineszenz-Spektroskopie (TRPL) wird ein Princeton Instruments Spektrometer mit Hamamatsu Streak-Scope und CCD-Kamera genutzt. Beide Systeme sind für eine Detektion im Spektralbereich von etwa 200-1000 nm (NUV-VIS-NIR) ausgelegt.    

Als Anregungs-Laser stehen zur Verfügung:

• ein Kimmon HeCd Gas-Laser (325 und 442 nm) für Raman und Photolumineszenz-Spektroskopie
• eine Coherent Laserdiode (406 nm, 100 mW max. Ausgangsleistung) für Photolumineszenz-Spektroskopie
• ein HeNe Gas-Laser (633 nm) für Raman und Photolumineszenz-Spektroskopie
• eine Ondax Laserdiode (785 nm) für Raman und Photolumineszenz-Spektroskopie
• ein gepulster Clark-MXR Faserlaser (257 und 514 nm) für zeitaufgel?ste Photolumineszenz-Spektroskopie zur Verfügung.

Mit der Kombination von gepulstem Laser und Streak-Scope wird eine Zeitaufl?sung in einem Bereich von 30 ps bis 7 ?s erreicht.

UV/VIS spectroscopy

UV/VIS spectroscopy system from Agilent/Varian Cary 5000 for transmission and reflection measurements.

X-ray diffraction

Die R?ntgendiffraktometrie ist eine der grundlegenden Charakterisierungstechniken die zur Analyse von kristallinen Materialien eingesetzt wird. Sie erm?glicht einen direkten Einblick in die Kristallstruktur und hilft bei der Ermittlung von Zusammensetzung von Mischkristallen, mechanischen Spannungen und Schichtdicken.

Das R?ntgenlabor ist mit einem hochaufl?senden X'Pert MRD R?ntgendiffraktometer ausgestattet, das neben einer Eulerwiege wahlweise mit einer Hochtemperaturkammer von Aton Paar oder mit einem Durchflusskryostaten von Oxford ausgerüstet werden kann. Hiermit sind Untersuchungen in einem Temperaturbereich von 6 K bis 1500 K m?glich. Die R?ntgenquelle ist mit einer Kupferanode bestückt und es stehen verschiedene Monochromatoren inklusive eines Hybridmonochromators zur Verfügung.

Mit diesem Setup k?nnen Messungen aus den Bereichen hochaufl?sender Diffraktometrie, aber auch Texturmessungen und R?ntgenreflektometrie durchgeführt werden.

Scanning electron microscopy

Mit dem Rasterelektronenmikroskop k?nnen Strukturen im Nanometerbereich aufgel?st und abgebildet werden. Das System des fokussierten Ionenstrahls mit Ga-Ionen erm?glicht pr?zise Schnitte in Festk?rpermaterialien.

Photolithography

Der Reinraum ist mit einem Mask Aligner und einem Spin Coater der Firma Karl Süss für photolithographische Prozesschritte ausgestattet. Minimale Strukturgr??en bis zu 1 ?m k?nnen nach Belichtung und Entwicklung von der Maske auf den Photolack übertragen werden. Ein Profilometer erm?glicht die schnelle Bestimmung der Schichtdicken des Photolacks und weiterer mikroskopischer Strukturen.

Processing

Ein Elektronenstrahlverdampfer für die Abscheidung von Metallen (Ni, Au, Ti, Al, etc.) und Isolatoren (Al₂O₃) steht zur Verfügung. Der Rapid Thermal Annealer (RTA) erm?glicht schnelle Temperaturrampen der Proben bis zu 1200 °C in N₂, O₂ oder Ar Atmosph?re. Alternativ k?nnen Proben im Vakuumofen bei Temperaturen bis zu 900 °C erhitzt werden. Die Ionenstrahl?tzanlage erm?glicht das physikalische Entfernen von Schichten mit Ar-Ionen. Der ?tzprozess wird optional mit Cl₂- und/oder BCl₃-Gas chemisch unterstützt.

Electrochemistry lab

Das elektrochemische Labor ist mit diversen elektrischen Messeinheiten (z.B. Parameter Analysator Keithley 4200A-SCS) ausgestattet. In speziell angefertigten Durchflusskammern k?nnen elektrische Messungen an Transistorstrukturen in unterschiedlichen Flüssigkeiten, d.h. in unterschiedlichen chemischen Umgebungen, durchgeführt werden.

Chemistry lab

Das Chemielabor mit zwei Digestorien erm?glicht Probenbehandlung und Teilereinigung mit S?uren, Basen und L?sungsmitteln. Zus?tzlich ist ein Ultraschallbad und eine Spülvorrichtung mit Leitf?higkeitsmessung installiert.