Experimentalphysik/Elektronen- und Ionen-Nanooptik

Verbesserung von S/TEM-basierten Methoden hin zur zuverlässigen Messung von Verzerrungen und elektrostatischem Potentialen

Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Förderkennzeichen: DFG NI 2221/1-1
PI: Dr. Laura Niermann

Die heutige Beleuchtungstechnik, von allgemeinen Anwendungen bis hin zu Spezialanwendungen wie der optischen Datenübertragung, basiert auf Leuchtdioden (LED) und Laserdioden. Dies sind Halbleiter-Heterostrukturen, in denen die elektrostatische Potentiallandschaft durch Dotierung in Kombination mit unterschiedlichen Materialeigenschaften einstellbar ist. Die genaue Kenntnis der durch Materialunterschiede induzierten Verzerrungen und des tatsächlichen elektrischen Potenzials in diesen Strukturen ist für das weitere Verständnis der zugrundeliegenden Physik von entscheidender Bedeutung und öffnet somit Türen für eine präzise Modellierung und Weiterentwicklung dieser Bauelemente.

Im Rahmen dieses Projekts werden auf AlGaN basierende LEDs, die im ultravioletten Wellenlängenbereich emittieren, untersucht. In den Nitriden wird die elektrische Potentiallandschaft nicht zusätzlich von der sponatenen und piezoelektrischen Polarisation der Materialen beeinflusst. In den untersuchten Bauelementen beeinflusst die Polarisation den lichtemittierenden Bereich der LED und wird auch zur Optimierung von Tunnelkontakten ausgenutzt, die als hocheffizienter elektrischer Kontakt der p-dotierten Seite verwendet werden.

(Raster-)Transmissionselektronenmikroskopische (S/TEM) Methoden bieten prinzipiell die einzigartige Möglichkeit einer direkten und ortsaufgelösten Messung von Verzerrung und elektrischem Potential. Allerdings sind diese Methoden weit davon entfernt, zuverlässige quantitative Daten zu liefern.

Dieses Projekt hat das Ziel, zuverlässige und quantitative Methoden innerhalb des S/TEM für Messungen von Verzerrungen und elektrostatischen Potentialen in nanostrukturierten Bauteilen zu entwickeln. Ein besonderer Schwerpunkt des Projekts ist der Einfluss der Grenzflächen zwischen den Materialien auf diese Messungen.

Es sollen Erkenntnisse über das Zusammenspiel von Verzerrungen, begrenzter räumlicher Auflösung und dynamischen Beugungseffekten in Quantenwell-Schichten und deren Auswirkung auf Potentialmessungen mittels Off-Axis Elektronenholographie (EH) und differentiellen Phasenkontrast (DPC) gewonnen werden. Zu diesem Zweck werden vergleichende Messungen der Verzerrungen mit TEM-basierten Techniken wie der Dunkelfeld-Elektronenholographie (DFEH) und 4D-STEM-basierten Techniken wie der konvergenten Elektronenbeugung (CBED) durchgeführt. Diese Messungen werden auch mit Multislice-Simulationen und makroskopischen Kapazitäts-Spannungs-Messungen verglichen.

Elektrische in-situ kontaktierte Proben werden genutzt, um definierte elektrischen Randbedingungen einzustellen. Ferner werden STEBIC-Messungen (Scanning Transmission Electron Beam Induced Current) durchgeführt.