29.04.2019 • OptikHalbleiter

Tiefer Blick in Halbleiter

Vorgänge in Halbleitern per Terahertz-Spektroskopie auseinanderhalten.

Experimente mit Terahertz-Spektroskopie ermöglichen es erstmals, bestimmte Vorgänge in Halbleitern auseinander zu halten, die das Funktionieren von Transistoren, Solarzellen und anderen Geräten maßgeblich beeinflussen. Einem Forscherteam der Uni Marburg ist es gelungen, in Halbleitern experimentell zu unterscheiden, ob die Bewegungsenergie von Ladungsträgern bei deren Streuung erhalten bleibt oder nicht. Die Streuung von Ladungsträgern bestimmt den Betrieb und die Leistung vieler elektronischer Bauelemente, die auf Halbleitern basieren. „Wir können zeigen, dass ultraschnelle Terahertz-Spektroskopie ein geeignetes Werkzeug ist, um Einblicke in diese Streuprozesse zu gewinnen“, sagt Team-Mitglied Markus Stein. „Mit den bislang verwendeten Methoden ist es schwierig, zwischen elastischen und unelastischen Stößen von Ladungsträgern in Halbleitern zu unterscheiden. Folglich ist experimentell wenig über unelastische Streuprozesse bekannt.“

Abb.: Markus Stein und Leonie Marie Gomell bereiten das Experiment vor. (Bild:...
Abb.: Markus Stein und Leonie Marie Gomell bereiten das Experiment vor. (Bild: A. Müller, PUM)

Die Forscher nutzten Terahertz-Strahlung, um interne Übergänge zwischen Ladungsträgern im Halbleitermaterial Germanium zu identifizieren, die zuvor mittels optischen Laserpulsen erzeugt wurden. Das Augenmerk des Teams lag auf Ladungsträgern, die über elektrische Wechselwirkungen miteinander verbunden sind. Diese Exitonen können streuen, wenn sie mit anderen Ladungsträgern zusammenstoßen. In den Experimenten treten beide Streuprozesse auf, und zwar ähnlich häufig.

„Unelastische Streuprozesse zerstören die gebundenen Zustände“, beschreibt Stein den Unterschied zur elastischen Streuung, der sich experimentell feststellen ließ. „Die Möglichkeit, zwischen den beiden Streumechanismen zu unterscheiden, erlaubt nicht nur eine systematische Untersuchung dieser elementaren Prozesse, sondern verspricht auch die Optimierung von Halbleiterbauteilen, deren Leistungsfähigkeit durch Streuung begrenzt ist“, führen die Wissenschaftler aus.

PUM / RK

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