Maßgeschneiderte Domänenstrukturen in ferroelektrischen Heterostrukturen

Dieses Teilprojekt der DFG Forschungsgruppe FOR5044 beschäftigt sich mit der Untersuchung und

Herstellung von optischen Wellenleiterstrukturen und von neuartigen

ferroelektrischen Heterostrukturen mittels Festköperbondings, sowie dem

Maßschneidern von Domänenstrukturen in solchen Systemen.

Heterostrukturen und deren Grenzflächen, wie z.B. in (epitaktische)

Schichtstrukturen, spielen in der Halbleitertechnologie eine zentrale

Rolle, um spezielle Eigenschaften, wie 2D Elektronengase, PN-Übergänge

oder opto-elektronische Eigenschaften maßzuschneidern. In

ferroelektrischen Materialien, wie sie häufig in der Optik oder

Piezotechnologie verwendet werden, spielen solche Heterosysteme bisher

jedoch keine Rolle. Hier liegt der Fokus in der Herstellung besonders

homogener oder defektfreier Kristalle, während das Maßschneidern der

Eigenschaften über physiklaische Strukturierung oder die Kontrolle der

Domänenstrukturen erfolgt.

Im Gegensatz dazu plant dieses

Projekt die Herstellung von ferroelektrischen Heterostrukturen mittels

Festkörperbondings. Heterostrukturen, bspw. beliebige Stapel aus

Lithiumniobat und Lithiumtantalat (auch verschiedener Schnitte), würden

hier einerseits das Maßschneidern makroskopischer Eigenschaften im Sinne

eines effektiven Mediums ermöglichen, welches insbesondere großes

Anwendungspotential für die integrierte (Quanten-)optik bietet.

Andererseits erlauben Heterostrukturen aus einkristallinen

Ferroelektrika, wie Lithiumniobat-Tantalat, das Maßschneidern von

Grenzflächen und deren elektronischer Eigenschaften, wie sie bisher

nicht realisierbar sind. Lithiumniobat und Lithiumtantalat zeichnen sich

beispielsweise durch eine unterschiedliche spontane Polarisation aus.

Eine Grenzfläche entlang der Polarisationsrichtung würde daher selbst

bei gleicher Domänenausrichtung zu Ausbildung einer Raumladungszone

basierend auf der Differenz der Screening-Ladungsträger führen. In

Kombination mit Domänenstrukturen, sowie unter Berücksichtigung der

Materialeigenschaften, wie elektronischen Bandlücken, Defektniveaus oder

Polaronen, eröffnet sich das Potential bisher nicht realisierbare

Bauteile, wie PN-Übergänge durch die Verbindung von leitfähigen

Domänenwände in unterschiedlichen Wirtssystemen, ermöglichen. Die

Präparation solcher Grenzflächen und Heterosysteme in Ferroelektrika hat

daher ein großes Potential für die Elektronik, Optik oder Piezotronik