Forschung

Nachdem die Silizium-basierte Halbleiterindustrie über Jahrzehnte von der Datenverarbeitung (und damit der Anwendung integrierter Schaltkreise in PCs, Notebooks, Workstations etc.) dominiert wurde und diese Anwendungen die Weiterentwicklung integrierter Schaltkreise prägten, führt ein zunehmender Bedeutungszuwachs anderer Einsatzgebiete zu einer Diversifizierung der Funktionalität integrierter Schaltkreise. So werden Sensoren und optoelektronische Bauelemente mehr und mehr relevant. Hier setzt jedoch das Halbleitermaterial Silizium physikalische Grenzen: Silizium als indirekter Halbleiter ist für den Einsatz beispielsweise in optoelektronischen Bauelementen nur bedingt geeignet. Die Erschließung vieler neuer Anwendungsgebiete mit direkter gesellschaftlicher Relevanz (mobile Technologien mit niedriger Leistungsaufnahme, ultra-schnelle Datenübertragung, Anwendungen in den Lebenswissenschaften, kognitive Systeme) wird nur dann möglich, wenn eine Integration diverser Materialien (z.B. weitere Halbleiter oder Oxide) auf der ausgereiften Silizium-Plattform gelingt. Dies ermöglicht die on-Chip Integration und eine kostengünstige Fertigung. Hierzu müssen nicht nur die Materialien selbst synthetisiert und charakterisiert werden, sie müssen sich auch auf Silizium aufbringen und zu Bauelementen verarbeiten lassen.

Wir forschen seit August 2018 an der Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung von nano- und optoelektronischen Bauelementen auf der Basis der Halbleiter Silizium (Si), Germanium (Ge) und Zinn (Sn). Unsere Schwerpunkthemen sind

- Materialforschung: Wir führen die Forschung auf dem Gebiet der Charakterisierung der Halbleiterlegierung SiGeSn und der Herstellung und Charakterisierung von Halbleiter-Nanostrukturen wie Quantentöpfen und Quanteninseln fort:

- Optoelektronische Bauelemente: Die Halbleiterlegierung GeSn ist bei hohem Zinn-Gehalt ein direkter Halbleiter (im Gegensatz zu Ge) und damit zum Einsatz in optoelektronischen Bauelementen bestens geeignet. Wir forschen an der Verbindung von metallischen Nanostrukturen (Plasmonik) mit optoelektronischen Bauelementen (Photonik). Die Einsatzmöglichkeiten reichen von einer On-Chip Biosensorik bis zur Quanteninformationsübertragung:

- Spintronik: Nutzt man nicht nur Elektronenladung sondern auch Elektronenspin zur Informationsverarbeitung, kann das die Energieeffizienz der Bauelemente erheblich steigern. Die technologischen Hürden zur Realisierung solcher Bauelemente sind jedoch groß. Wir forschen an ferromagnetischen, Mn-haltigen Elektroden und ihrem Einsatz in spintronischen Bauelementen:

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