Siliziumkarbid (SiC):

SiC ist ein Halbleiter mit großer Bandlücke mit potenzieller Anwendung in der Leistungselektronik. In der Vergangenheit haben wir und mit den strukturellen, elektronischen, und chemischen Eigenschaften von SiC-Oberflächen beschäftigt. Insbesondere wurden folgende Aspekte untersucht:

• Wasserstoff-abgesättigte SiC-Oberflächen
• Nicht-polare SiC-Oberflächen und ihre Oxidation
• Grenflächen zwischen SiC und Al₂O₃

Relevante Publikationen:

• Passivation of Hexagonal SiC Surfaces by Hydrogen Termination
  Th. Seyller, J. Phys.: Cond. Matter. 16 (2004) S1755.
• Electronic Properties of SiC Surfaces and Interfaces: Some Fundamental and Technological Aspects
  Th. Seyller, Appl. Phys. A 85 (2006) 376.
• Correlation effects at the ideal SiC{0001}-(1×1) surfaces
  K.V. Emtsev, Th. Seyller, L. Ley, A. Tadich, L. Broekman, J.D. Riley, R.C.G. Leckey, M. Preuss, Phys. Rev. B 73 (2006) 075412.

Graphen:

Graphen ist ein zweidimensionales Material, welches seit 2004 viele Naturwissenschaftler beschäftigt. Graphen ist eine einzelne Lage aus Kohlenstoffatomen in einer Honigwabenstruktur. Graphen hat mehrere interesante Eigenschaften, die es für viele verschiedene Anwendungen interessant machen, insbesondere für elektronische Bauelemente, Flexible Elektronik, Displays, und Sensoren.

Wir untersuchen die Herstellung von Graphen auf Siliziumkarbid durch Sublimationszüchtung sowie auf Metalloberflächen mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD). Die Sublimationszüchtung auf SiC erfolgt duch Heizen des Substrats auf 1600°C in einer Argonatmosphäre. SiC zersetzt sich dabei und Si sublimiert. Der zurückbleibende Kohlenstoff bildet Graphen. Bei der CVD wird ein Kohlenwasserstoff auf ein geheiztes Substrat geleitet, wo er sich in Kohlenstoff und Wasserstoff zersetzt. Während der Wasserstoff desorbiert, bleibt der Kohlenstoff auf der Oberfläche und bildet Graphen. Mit dieser Methode kann man auch Fremdatome (z.B. Stickstoff, Bor) in das Graphengitter einbauen.

Eine der interessanten Eigenschaften von Graphen ist seine Bandstruktur, die bereits in den 40er Jahren berechnet wurde. In der Nähe der K-Punkte der 1. Brillouinzone besitzen die Elektronen eine lineare Dispersionsrelation. Demzufolge verhalten sich Elektronen in Graphen nahe der Fermi-Energie wie Teilchen ohne Ruhemasse. Zudem besitzen die Elektronen aufgrund der zweiatomigen Basis einen sogenannten Pseudospin. Dieser führt zu ungewöhnlichen Magnetotransporteigenschaften, insbesondere zu einem neuen Typ von Quanten-Hall-Effekt. Wir untersuchen die elektronischen Eigenschaften von Graphen u.a. mit winkelaufgelöster Photoelektronenspektroskopie (ARPES).

Das Forschungsfeld Graphen bietet vielfältige Möglichkeiten für grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung. Weitere Themen, die wir bearbeiten sind:

• Funktionalisierung von Graphen mit Molekülen
• Plasmonen in Graphen und ihre Kopplungen zu anderen Anregungen
• Phononen von Graphen
• Ladungsträgerdynamik
• Dotierung von Graphen
• Grenzflächen zwischen Graphen und Substraten
• Kontakte zwischen Graphen und Metallen
• ...

Relevante Publikationen:

• Controlling the Electronic Structure of Bilayer Graphene
  T. Ohta, A. Bostwick, Th. Seyller, K. Horn, E. Rotenberg, Science 313 (2006) 951.
• Quasiparticle Dynamics in Graphene
  A. Bostwick, T. Ohta, Th. Seyller, K. Horn, E. Rotenberg, Nature Physics 3 (2007) 36.
• Interlayer Interaction and Electronic Screening in Multilayer Graphene Investigated with Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy
  T. Ohta, A. Bostwick, J.L. McChesney, Th. Seyller, K. Horn, E. Rotenberg, Phys. Rev. Lett. 98 (2007) 206802.
• Photoemission studies of graphene on SiC: growth, interface, and electronic structure
  A. Bostwick, K.V. Emtsev, K. Horn, E. Huwald, L. Ley, J.L. McChesney, T. Ohta, J.D. Riley, E. Rotenberg, F. Speck, Th. Seyller, Advances in Solid State Physics 47 (2008) 159.
• Towards wafer-size graphene layers by atmospheric pressure graphitization of silicon carbide
  K.V. Emtsev, A. Bostwick, K. Horn, J. Jobst, G.L. Kellogg, L. Ley, J.L. McChesney, T. Ohta, S.A. Reshanov, E. Rotenberg, A.K. Schmid, D. Waldmann, H.B. Weber, Th. Seyller, Nature Materials 8 (2009) 203.
• Origin of Doping in Quasi-Free-Standing Graphene on Silicon Carbide
  J. Ristein, S. Mammadov, Th. Seyller, Phys. Rev. Lett. 108 (2012) 246104.

2D-Halbleiter:

Seit einigen Jahren sind zweidimensionale Halbleiter wie z.B. Molybdändisulfid (MoS₂) oder Molybdaändieselenid (MoSe₂) in den Fokus gerückt. Diese Materialien, die zu den Übergangsmetalldichalkogeniden zählen, sind wie Graphit Schichtkristalle mit nur schwacher Bindung zwischen den einzelnen Lagen. Deshalb lassen sie sich wie Graphen durch mechanische Exfoliation (Spalten) herstellen. Wie bei Graphen/Graphit hängen die elektronischen Eigenschaften von MoS₂ von der Anzahl der Lagen ab. Während MoS₂ als Volumenkristall ein indirekter Halbleiter ist, besitzt eine Monolage MoS₂ eine direkte Bandlücke. Wir sind an der kontrollierten Deposition dieser Materialien interesseiert, wobei es uns auf eine genaue Kontrolle der Schichtdicke bis in den Monolagenbereich ankommt. Zur Zeit wird ein Reaktor für chemische Gasphasenabscheidung von MoS₂ aufgebaut. Weitere Ziele sind die Charakterisierung der elektronischen Eigenschaften mit Photoelektronenspektroskopie sowie die Untersuchung anderer Eigenschaften.

Thermoelektrika:

Dieses Themengebiet befindet sich derzeit im Aufbau. Wir sind interessiert an zwei verschiedenen Materialklassen, die sich für den Einsatz in der Thermoelektrik eignen könnten:

• Skutterudite (z.B. CoSb₃)
• Ferekristalle

Die Skutterudite werden in Zusammenarbeit mit Prof. Manfred Albrecht (Uni Augsburg) untersucht. Im Bereich der Ferekristalle arbeiten wir zusammen mit Prof. Dave Johnson (University of Oregon).

SFB/Transregio 39 PT-PIESA

Wir bearbeiten zusammen mit der Professur für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik das Teilprojekt A3 „Dünnschicht- und Fertigungstechnologien für aktive mikrostrukturierte piezoelektrische Halbzeuge“ des Sonderforschungsbereichs/Transregio 39 PT-PIESA der DFG. Mittels Magnetronsputtern, Vakuumbogenverdampfung und Plasma CVD werden Elektroden- und Isolatorschichten erzeugt. Ziele der gegenwärtigen 3. Förderperiode (07/14 - 06/18) sind die Anpassung der Schichten und ihrer Abscheideprozesse an Modulvarianten mit spezifischen Funktionen (Sensor, Aktor, Generator), die Erhöhung der Prozesssicherheit und Reproduzierbarkeit sowie die Verbesserung der Zuverlässigkeit nach der Integration in mikrostrukturierte Blechbauteile.