Labore / Ausstattung
Gehe zu
Molekularstrahlepitaxie Oxide
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.
Im Bereich der oxidischen Halbleiter liegt der Fokus auf dem Wachstum von II-VI Halbleitern sowie den Materialsystemen um SnO2 und Ga2O3. Bei der verwendeten MBE-Anlage handelt es sich um eine COMPACT 12 von RIBER, ausgestattet mit einem RHEED-System zur in-situ Wachstumskontrolle. Die vielf?ltig vorhandenen Analysemethoden innerhalb der Arbeitsgruppe ?Festk?rpermaterialien“ erm?glichen umfangreiche Untersuchungen der Dünnschichten.
Molekularstrahlepitaxie Nitride
Ein wesentlicher Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe ?Festk?rpermaterialien“ ist die Materialsynthese. Neuartige Dünnschichten oder Nanostrukturen von Nitrid-basierten 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.
Atomlagendeposition
Mit der Oxford FlexAL ALD Anlage zur Atomlagendeposition (ALD, Atomic Layer Deposition) k?nnen Oxide (z.B. Al2O3, TiO2), Nitride (z.B. TiN) und Sulfide (z.B. MoS2, WS2) bei Temperaturen bis zu 550 °C abgeschieden werden. Die Prozesse k?nnen mit einem induktiv gekoppelten Plasma (ICP, Inductively Coupled Plasma) oder einem kapazitiv gekoppelten Plasma (CCP, Capacitively Coupled Plasma) unterstützt werden.
R?ntgenphotoelektronenspektroskopie
Analyse der chemischen Zusammensetzung von Festk?permaterialien mit R?ntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS, X-Ray Photo Electron Spectroscopy).
Rastersondenmikroskopie
Oberfl?chenmorphologische Charakterisierung auf Basis der Rasterkraftmikroskopie mit dem Bruker Dimension Icon XR.
Raman- und Photolumineszenzspektroskopie
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-Spektroskopie
UV/VIS-Spektroskopie für Transmissions- und Reflektionsmessungen mit dem Agilent/Varian Cary 5000.
R?ntgendiffraktometrie
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.
Rasterelektronenmikroskopie
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.
Photolithographie
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.
Prozesstechnologie
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.
Elektrochemisches Labor
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.
Chemielabor
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.