19.04.2010

Freiburger Forscher knacken den Code der Oxidmaterialien

Elektronische Bauelemente sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Nanostrukturen aus Oxiden könnten es ermöglichen, dass diese in Zukunft noch schneller und leistungsfähiger werden. Dank einer neuen Methode ist es einem Forschungsteam der Universität Freiburg nun gelungen, die elektronischen Eigenschaften solcher Oxid-Nanostrukturen besser zu verstehen. Das Forschungsresultat wurde kürzlich in der Zeitschrift Physical Review Letters publiziert.

Elektronische Bauelemente findet man in vielen nützlichen elektronischen Geräten, die aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken sind, wie z.B. Computer, Mobiltelefone, oder digitale Kameras. Diese Bauelemente bestehen aus sehr dünnen Schichten dotierter Halbleiter. Besonders wichtig für deren Funktionsweise sind die Eigenschaften der Grenzflächen zwischen den Schichten, da sich dort die beweglichen Elektronen befinden, mit denen die digitalen elektronischen Signale erzeugt werden. Die heutigen elektronischen Bauelemente werden überwiegend auf der Basis von Silizium hergestellt, einem Halbleitermaterial, dessen physikalische Eigenschaften mittlerweile sehr gut verstanden sind. Es ist aber absehbar, dass Bauelemente aus Silizium schon bald an ihre fundamentale Grenze hinsichtlich der Miniaturisierung stossen werden.

Hoffungsträger der Zukunft
Als besonders aussichtsreiche Kandidaten zum Material der Zukunft im Bereich der Elektronik gelten Oxidmaterialien. Sie bieten ein unvergleichlich reiches Spektrum an individuellen Eigenschaften, die neue Funktionsweisen von Bauelementen ermöglichen, wie z.B. die Hochtemperatur-Supraleitung, den kolossalen Magnetwiderstand oder auch die Ferro- und Piezoelektrizität. In den letzten Jahren gab es enorme Fortschritte in der Herstellung von hochwertigen, dünnen Oxidschichten und deren Grenzflächen. So konnte kürzlich gezeigt werden, dass man an der Grenzfläche zwischen den Isolatoren LaAlO3 und SrTiO3 Ladungsträger mit einer geringen Konzentration und einer unerwartet hohen Beweglichkeit erhalten kann. Es wurden sogar erste Prototypen von elektronischen Bauelementen hergestellt. Diese Entdeckungen geben Anlass zur Hoffnung, dass man mit solchen Oxiden bald schnellere und effizientere elektronische Bauelemente herstellen kann.

Methode zum besseren Verständnis
Zunächst einmal gilt es jedoch, die elektronischen Eigenschaften dieser Oxide und ihrer Grenzflächen genauer zu untersuchen und besser zu verstehen. Einen wichtigen Beitrag hierzu lieferte die Forschungsgruppe unter Prof. Christian Bernhard am Physikdepartement der Universität Freiburg und dem Fribourg Center for Nanomaterials (FriMat) in Zusammenarbeit mit ihren Kollegen der Universität Augsburg in Deutschland und am CNRS Associée a l´Université Paris-Sud in Frankreich. Dr. Adam Dubroka von der Universität Freiburg konnte durch optische Experimente an den Nanostrukturen LaAlO3/SrTiO3 detaillierte Informationen über die Beweglichkeit, die effektive Masse, und das Tiefenprofil der Konzentration der Elektronen im Bereich der Grenzfläche erhalten (siehe Abbildung). Hierzu verwendete er die spezielle Methode der Infrarot-Ellipsometrie, welche über mehrere Jahre hinweg in der Arbeitsgruppe von Prof. Christian Bernhard entwickelt und perfektioniert wurde. Die vorliegenden Messungen belegen, dass sich mit Hilfe dieser Methode die Eigenschaften von leitenden Schichten in Oxid-Nanostrukturen (und auch anderen Systemen) im Detail untersuchen lassen, selbst wenn diese nur wenige Nanometer dick sind und eine sehr geringe Ladungsträger-konzentration aufweisen.

Kontakt : Prof. Christian Bernhard, 026 300 90 70, christian.bernhard@unifr.ch, Prof. Adam Dubroka, 026 300 90 96, adam.dubroka@unifr.ch

Physical Review Letters (Phys. Rev. Lett 104, 156807 (2010): http://link.aps.org/abstract/PRL/v104/e156807

Quelle : Dienst für Kommunikation und Medien, 026 300 70 35, communication@unifr.ch