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Labore / Ausstattung

Molekularstrahlepitaxie

Molekularstrahlepitaxie

Ein wesentlicher Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe „Festkörpermaterialien“ 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 ermöglicht zudem präzise 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 vielfältig vorhandenen Analysemethoden innerhalb der Arbeitsgruppe „Festkörpermaterialien“ ermöglichen umfangreiche Untersuchungen der Dünnschichten.

Optiklabor

Optiklabor

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 zeitaufgelöste 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 ein Kimmon HeCd Gas-Laser (325 und 442 nm) und eine Coherent Laserdiode (406 nm, 100 mW max. Ausgangsleistung) für zeitintegrierte Spektroskopie und ein gepulster Clark-MXR Faserlaser (257 und 514 nm) für zeitaufgelöste Photolumineszenz-Spektroskopie zur Verfügung. Mit der Kombination von gepulstem Laser und Streak-Scope wird eine Zeitauflösung in einem Bereich von 30 ps bis 7 µs erreicht.

Röntgendiffraktometer

Röntgendiffraktometrie

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

Das Röntgenlabor ist mit einem hochauflösenden X'Pert MRD Röntgendiffraktometer 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 möglich. Die Röntgenquelle ist mit einer Kupferanode bestückt und es stehen verschiedene Monochromatoren inklusive eines Hybridmonochromators zur Verfügung.

Mit diesem Setup können Messungen aus den Bereichen hochauflösender Diffraktometrie, aber auch Texturmessungen und Röntgenreflektometrie durchgeführt werden.

FIB

Rasterelektronenmikroskopie

Mit dem Rasterelektronenmikroskop können Strukturen im Nanometerbereich aufgelöst und abgebildet werden. Das System des fokussierten Ionenstrahls mit Ga-Ionen ermöglicht präzise Schnitte in Festkörpermaterialien.

Photolithographie

Photolithographie

Der Reinraum ist mit einem Mask Aligner und einem Spin Coater der Firma Karl Süss für photolithographische Prozesschritte ausgestattet. Minimale Strukturgrößen bis zu 1 µm können nach Belichtung und Entwicklung von der Maske auf den Photolack übertragen werden. Ein Profilometer ermöglicht die schnelle Bestimmung der Schichtdicken des Photolacks und weiterer mikroskopischer Strukturen.

RTA

Prozesstechnologie

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

Elektrochemie

Elektrochemisches Labor

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

Digestorium

Chemielabor

Das Chemielabor mit zwei Digestorien ermöglicht Probenbehandlung und Teilereinigung mit Säuren, Basen und Lösungsmitteln. Zusätzlich ist ein Ultraschallbad und eine Spülvorrichtung mit Leitfähigkeitsmessung installiert.