In-situ RHEED-Untersuchungen des PLD-Wachstums von oxidischen Multilagen für die Entwicklung von Bauelementen

Komplexe oxidische Materialien lassen sich aufgrund interessanter Eigenschaften als elektrische Sensoren, Aktoren und in Bauelementen nutzen. Voraussetzung für die technische Nutzung der Eigenschaften ist das kontrollierte Wachstum qualitativ hochwertiger dünner Schichten. Die Kombination der Wachstumsmethode der gepulsten Laserdeposition (PLD) mit der in-situ Charakterisierungstechnik des reflection high energy electron diffraction (RHEED) ermöglicht die Anwendung innovativer Konzepte zur Herstellung von oxidischen Schichten hoher Qualität in einem zweidimensionalen Wachstumsmodus. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Wachstum von halbleitendem Zinkoxid, von magnetischem Lanthankalziummanganat und von multiferroischen Supergittern in Hinblick auf die Anwendung in mehrlagigen Bauelementen untersucht und optimiert. Zunächst wurden das in-situ RHEED-PLD-System und der Prozess der Herstellung und Strukturierung weiterentwickelt, optimiert und automatisiert. Ein neuartiger Targetwechsler wurde konstruiert, in die Anlage integriert und erfolgreich zum Wachstum von Multilagen eingesetzt. Die Herstellung von keramischen Targets aus ZnO, ScAlMgO4, BaTiO3 und La1-xCaxMnO3 sowie die Vorbehandlung von Substratoberflächen der Materialien SrTiO3, NdGaO3, LaAlO3, MgO, LSAT, Saphir wurden weiterentwickelt und optimiert. Als Voraussetzung für die p-Dotierung des Materials Zinkoxid wurden innovative Wachstumskonzepte untersucht und angewendet. RHEED-Oszillationen, die dem Wachstum einer ladungsneutralen Lage zugeordnet werden können, konnten beobachtet werden. Mit der Methode der pulsed laser interval deposition (PLID) wurde Zinkoxid zweidimensional auf GaN/Saphir aufgewachsen. Dies zeigt eine Möglichkeit auf für die Verbesserung der Herstellung von qualitativ hochwertigen Hybrid-Bauelementen aus Galliumnitrid und Zinkoxid. Das Wachstum von La1-xCaxMnO3 wurde optimiert. Sowohl mit der Methode der kontinuierlichen Deposition als auch mit der PLID-Methode konnte das Material zweidimensional unter der Beobachtung von RHEED-Oszillationen aufgewachsen werden. Die Abhängigkeit der strukturellen, magnetischen und elektrischen Eigenschaften von der Kalziumdotierung wird diskutiert. Darüber hinaus wurden Supergitter aus alternierenden Lagen von ferromagnetischem La0,67Ca0,33MnO3 und ferroelektrischem BaTiO3 mit Kontrolle über die in-situ RHEEDCharakterisierung in sehr guter struktureller Qualität der Schichten und Grenzflächen bis hin zu 195 Lagen aufgewachsen. Auf eine mögliche magneto-elektrische Kopplung deutet die Abhängigkeit der magnetischen Eigenschaften von der Dicke der BaTiO3-Lage hin.