Im Kompetenzfeld Materialsynthese werden neuartige Halbleitermaterialien und Kristallisationsprozesse für elektronische, photonische und akustische Anwendungen entwickelt.

Forschungsschwerpunkte

Ein Schwerpunkt liegt auf der Synthese von Nitridmaterialien, unter anderem mittels ammonothermalem Kristallwachstum, bei dem überkritisches Ammoniak zur Herstellung hochwertiger Einkristalle und Substratmaterialien eingesetzt wird. Material- und prozesstechnische Ansätze zur Kristallzüchtung und gezielten Einstellung struktureller, chemischer und funktionaler Eigenschaften sind ebenso Gegenstand der Forschung wie die hierfür notwendigen technologischen und methodischen Entwicklungen, welchen aufgrund der herausfordernden Bedingungen des Ammonothermalverfahrens eine hohe Bedeutung zukommt. Ein zentrales Element bilden daher der Aufbau und Einsatz fortschrittlicher Hochdrucktechnologien inklusive röntgenbasierter und optischer In-situ-Messmethoden, die eine direkte, quantitative Beobachtung von Lösungs-, Transport- und Kristallisationsprozessen unter realen Prozessbedingungen ermöglichen. Durch die enge Verknüpfung von Materialsynthese, In-situ-Monitoring und prozesswissenschaftlicher Analyse werden die zugrunde liegenden chemisch-physikalischen Mechanismen systematisch aufgeklärt, die Reproduzierbarkeit experimenteller Prozesse verbessert und die Entwicklung neuer, mit etablierten III-Nitrid-Technologien integrierbarer Materialsysteme gezielt vorangetrieben.

Aktuelle Forschungsthemen:

• Ammonothermales Kristallwachstum binärer und ternärer III-Nitride – Steuerung von Leitfähigkeit und Stöchiometrie (Thomas Wostatek)
• Grundlagen des ammonothermalen Wachstums von Nitridkristallen – Auflösung, Transport und Kristallisation (Rajesh Chirala)
• Einstellung der piezo- und ferroelektrischen Eigenschaften von III-Nitriden durch Legierung mit Metallnitriden – Kristallisation aus N₂ und NH₃-basierten Lösungen und Gasphasen mit Unterstützung durch atomistische Simulationen (Projekt innerhalb des Schwerpunktprogrammes Nitrides4Future, im Aufbau)

Diese Themen sind zugleich Forschungsschwerpunkte der AG Nitrid-Halbleiter unter der Leitung von Dr. Saskia Schimmel.

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