Unordnung lässt Monoschichten anders leuchten
Mischungen mehrerer Elemente erhöhen die Unordnung in hauchdünnen Halbleitern.
Forscher der Uni Marburg haben Halbleiter mittels Photolumineszenz untersucht. Dabei zeigte sich, dass Mischungen mehrerer Elemente die Unordnung in hauchdünnen Halbleitern erhöhen, wobei sich deren optisch-elektrische Eigenschaften verändern. Das Legieren von Halbleitern wird häufig verwendet, um die gewünschten Materialeigenschaften für Gerätenwendungen zu erhalten. „Das ermöglicht eine breite Palette von möglichen Anwendungen in der Nanoelektronik und Optoelektronik“, erklärt Hilary Masenda von der Uni Marburg „Der Preis dafür ist die zusätzliche Unordnung, die durch das Legieren verursacht wird.“
Das Team untersuchte hauchdünne Mischkristalle, TMD-Monolagen. Diese bestehen aus Übergangsmetallen wie Wolfram oder Molybdän sowie dem Element Selen, einem Chalkogen. Dabei ist eine Schicht aus Übergangsmetall-Atomen zwischen zwei Schichten aus Selen eingebettet. „Solche zweidimensionalen Materialien besitzen ein großes Anwendungspotenzial für extrem dünne elektronische Bauteile“, erklärt Martin Koch, der die Forschungsarbeiten leitet. Um zu optimierten Prozessen zu gelangen, müsse man aber die Unordnung berücksichtigen.
Was passiert, wenn das Material nicht nur eines der Übergangsmetalle enthält, also entweder Molybdän oder Wolfram, sondern beide Elemente? Um das herauszufinden, maß die Forschungsgruppe erstmals die Photolumineszenz in einer solchen TMD-Legierung; die Ergebnisse wurden mit Daten verglichen, die von Monolagen mit nur einem Übergangsmetall-Element stammen. „Wieviel Unordnung in einem Material herrscht, sieht man an der Lumineszenz“, erläutert Koch.
Dabei zeigt sich, dass der Halbleiter andere optisch-elektronischen Eigenschaften aufweist, wenn er aus drei anstelle von zwei Elementen besteht. Computersimulationen legen nahe, dass dies auf zufälligen Unterschieden in der Verteilung der chemischen Bestandteile beruht. „Die Ladungsträger, die einen elektrischen Strom in dem Material erzeugen, haben eine andere Beweglichkeit, wenn mehr Unordnung herrscht“, so Koch.
PU Marburg / RK
