Julian Schwarz

Zweidimensionale Schichtmaterialien zeigen aufgrund ihrer außerordentlichen Eigenschaften enormes Potential hinsichtlich des Einsatzes in elektronischen Bauelementen. Die Verwendung dieser Materialien ist jedoch noch immer mit erheblichen Herausforderungen verbunden, insbesondere da diese Schichtmaterialien lagenanzahlabhängige Eigenschaften aufweisen, welche die potentiellen Bauelementefunktionalitäten maßgeblich bestimmen. Systematische Studien zu Herstellungsprozessen von Bauelementen, einschließlich deren Optimierung sowie deren resultierender elektrischer Funktionalitäten unter Berücksichtigung der Lagenanzahl und möglicher Anisotropien, fehlen bis jetzt weitgehend. Derartige umfassende Untersuchungen sind intrinsisch komplex und herausfordernd, weil dabei zerstörungsfreie Methoden zur Bestimmung der Lagenanzahl von im Bauelement integrierten 2D-Materialien und Messungen der lagenanzahlabhängigen elektrischen Eigenschaften kombiniert und aufeinander abgestimmt werden müssen. Im Projekt werden analytische Reflektanzspektroskopie und elektrische Transportmessungen an auf dem 2D-Material schwarzer Phosphor basierenden Bauelementen methodisch zusammengeführt, um dadurch den Einfluss der Einzellagenanzahl auf die Bauelementeigenschaften eindeutig zu bestimmen. Dabei werden Bauelemente unterschiedlicher Architekturen in Hinblick auf deren lagenabhängige Eigenschaften und der Anisotropie des schwarzen Phosphors untersucht. Diese Eigenschaften beinhalten sowohl rein elektronische als auch valleytronische Aspekte. Die Anzahl der Einzellagen wird hierbei mit einem speziellen optischen Verfahren, welches die spektralen Reflektanzeigenschaften des Materials ausnutzt, ermittelt. Zur Variation der Bauelementearchitekturen kommen laterale und vertikale Kontaktierung, verschiedene Gate-Dielektrika, Tunnelkontakte und unterschiedliche Oberflächenpassivierungen zum Einsatz. Als grundlegende und zur elektrischen Evaluation genutzte Funktionsprinzipien werden der Feld-Effekt, der Hall-Effekt und der Valley-Hall-Effekt ausgenutzt. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen dazu beitragen, ein grundlegendes Verständnis der Eigenschaften von 2D-Materialien hinsichtlich ihrer Nutzbarkeit in der modernen und zukunftsorientierten Elektronik zu schaffen.