Nitrid-Halbleiter (AG Schimmel)

Bei den Nitriden handelt es sich um eine für Anwendungen in elektronischen Bauelementen sehr spannende Materialklasse. Diese beinhaltet insbesondere auch eine Reihe von Halbleitern großer Bandlücke, wie sie u.a. für energieeffiziente Leistungselektronik benötigt werden [1]. Einige der Materialien werden in einem Teil ihrer potenziellen Anwendungsgebiete bereits in großem Umfang eingesetzt, beispielsweise GaN in LEDs und zunehmend auch in der Leistungselektronik [2]. Neben einer kleinen Gruppe relativ weit entwickelter Materialien (GaN und AlN) existiert auch eine Vielzahl von bislang nur wenig erforschten Materialien, welche das Potential besitzen, das Spektrum an nutzbaren Materialeigenschaften stark zu erweitern [3]. Ein sehr vielversprechendes Verfahren zur Herstellung von Nitrid-Einkristallen hoher struktureller Qualität ist die sog. Ammonothermalsynthese, d.h. die Kristallzüchtung aus der Lösung mit Ammoniak im überkritischen Zustand [4,5].
Die Forschungsziele der aktuell im Aufbau befindlichen Arbeitsgruppe umfassen neben der Materialherstellung und -Charakterisierung auch die Evaluation von Anwendungsmöglichkeiten in elektronischen Bauelementen. Aufgrund des stark interdisziplinären Charakters des Forschungsgebietes entstehen hier Mitwirkungsmöglichkeiten nicht nur für Elektrotechniker, sondern auch für Studenten und Absolventen weiterer Fachrichtungen (z.B.: Chemieingenieurwesen, Materialwissenschaften, Chemie, Physik).

[1] J.Y. Tsao et al.: Ultrawide-Bandgap Semiconductors: Research Opportunities and Challenges, Adv. Electron. Mater., 4, 1600501 (2018) https://doi.org/10.1002/aelm.201600501

[2] H. Amano et al.: The 2018 GaN power electronics roadmap, J. Phys. D: Appl. Phys. 51, 163001 (2018) https://doi.org/10.1088/1361-6463/aaaf9d

[3] D. Jena et al.: The new nitrides: layered, ferroelectric, magnetic, metallic and superconducting nitrides to boost the GaN photonics and electronics eco-system, Jpn. J. Appl. Phys. 58, SC0801 (2019) https://doi.org/10.7567/1347-4065/ab147b

[4] J. Häusler, W. Schnick: Ammonothermal Synthesis of Nitrides: Recent Developments and Future Perspectives, Chem. Eur. J., 24, 11864 (2018) https://doi.org/10.1002/chem.201800115

[5] K. Kurimoto et al.: Low-pressure acidic ammonothermal growth of 2-inch-diameter nearly bowing-free bulk GaN crystals, Appl. Phys. Express 15, 055504 (2022) https://doi.org/10.35848/1882-0786/ac67fc