Nanocluster

Das Institut verfügt über eine hochmoderne Multi-Material-Cluster-Anlage (NanoCluster). Die Anlage bietet eine einzigartige Kombination von neun UHV-Epitaxie-/Abscheidungssystemen einschließlich MBE, ALD und Sputtern. Sie bietet die Möglichkeit, komplexe Nanostrukturen aus III-V- und II-VI-Halbleitern (auf ZnSe-Basis), Metallen, Oxiden, Nitriden, magnetischen und Phasenwechselmaterialien in-situ zu züchten. Durch das In-situ-Wachstum kann die Zustandsdichte an den Grenzflächen erheblich reduziert werden, was zu verbesserten (opto-)elektronischen Nanobauteilen führt und die Möglichkeit bietet, neue Quantenphänomene zu untersuchen. Das Cluster-Tool ist ein potenzielles "Labor" für die Entwicklung neuer Materialien und hybrider Strukturen unter extrem sauberen Bedingungen. Der NanoCluster bietet eine Plattform für die Arbeit verschiedener Institute des Forschungszentrums Jülich (PGI-10, PGI-9, PGI-7, PGI-6) und der RWTH Aachen (I. Physikalisches Institut IA).

Aufgrund des UHV-Transfers zwischen den Depositionssystemen, wie z.B. dem off-axis Metall- und Oxidsputtern und der Atomlagenabscheidung, wird dieses Tool für die RRAM-Forschung genutzt, die sich auf Grenzflächeneffekte von in-situ gestapelten sub 10 nm dünnen Metalloxid- und Metallschichten für Konzepte für dreidimensional integrierte RRAM konzentriert.

Außerdem wird das Wachstum von Nanodraht-Hetero- und Hybridstrukturen für die Verarbeitung von TFETs eingesetzt. Die Verarbeitung und Charakterisierung von Bauelementen aus den gewachsenen Strukturen vervollständigen die Aktivität. In einem ersten Schritt haben wir erfolgreich unser Wissen für das MBE-Wachstum von III-V-Heterostrukturen und -Schichten (NWs) und die Abscheidung von High-k-Dielektrika mittels ALD übertragen. Das Potenzial der neuen MBE-Systeme wurde durch den relativ schnellen Fortschritt beim Wachstum von GaAs/AlGaAs-Heterostrukturen mit hoher Mobilität und die Wachstumskontrolle von einzelnen InAs-NWs auf SiOx/Si(111)-Substraten, die mit einem Originalrezept verarbeitet wurden, demonstriert. Schritt für Schritt haben wir begonnen, die Wachstums-/Abscheidungsprozesse zu untersuchen, die es uns schließlich ermöglichen werden, die geeigneten in-situ gewachsenen Strukturen zu erhalten, um unsere Ziele zu erreichen. Es wurden erfolgreiche Experimente für das Wachstum von Te-dotierten InAs-NWs durchgeführt. Es wurden InAs/GaSb-NW-Arrays von guter Qualität mit undotierten und C-dotierten GaSb-Schalen gezüchtet. Die Abscheidung von TaN-Schichten für Metallgates wurde im Metall-MBE-System, das an das Cluster-Tool angeschlossen ist, untersucht und optimiert. Hybride Supraleiter-/Halbleiter-NW-Strukturen, die Al oder Nb mit InAs kombinieren, wurden in situ für die Grundlagenforschung neuartiger Quantenphänomene, z. B. Majorana-Fermionen, Kopplung von Spin-Qubits, transtonenähnliche Bauelemente, hergestellt; zu diesem Zweck unterstützt die Anlage auch Arbeiten des PGI-11.