Elektrokeramik und nanoelektronische Oxide

Überblick

Dünne Schichten aus keramischen Oxiden haben in letzter Zeit für elektronische Anwendungen zunehmend an Bedeutung gewonnen. Insbesondere dielektrische, ferroelektrische und ferromagnetische Dünnschichten sind die wichtigsten Materialien für moderne elektronische Geräte. Allerdings weichen die elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften der Dünnschichten in den meisten Fällen von denen ihrer massiven Gegenstücke ab. Es wird angenommen, dass diese Abweichung mit der besonderen Mikrostruktur, der lokalen Chemie und den Defektkonfigurationen der Schichten zusammenhängt. Ein grundlegendes Verständnis der Abhängigkeit der Mikrostruktur von den Verarbeitungsbedingungen der Filme und der Beziehungen zwischen der Mikrostruktur und den Eigenschaften ist entscheidend für die erfolgreiche Anwendung der Oxid-Dünnfilme bei der Herstellung von Geräten. Die Schichtstruktur und die Schichtphysik sind die Hauptinteressen unserer Forschung.

Die atomare Struktur von Grenzflächen, Domänenwänden und anderen Gitterdefekten in Oxiden kann mit Hilfe der hochauflösenden (Raster-)Transmissionselektronenmikroskopie (HR(S)TEM) untersucht werden. Die kürzlich entwickelte Technik der Hardware-Korrektur der Aberrationen der Objektivlinse erlaubt es, die Punktauflösung eines Feldemissions-Elektronenmikroskops bis zum Informationslimit zu erweitern. Darüber hinaus wurde von unserer Gruppe in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe "Elektronenoptik und Methodenentwicklung" kürzlich eine Negative-CS-Imaging-Technik (NCSI) entwickelt, die einen solchen Hardware-Korrektor verwendet. Mit dieser neuartigen Abbildungstechnik ist es möglich, chemische Elemente mit geringer Kernladung wie z.B. Sauerstoff mit einem vergleichsweise höheren Kontrast abzubilden, was insbesondere für die Untersuchung verschiedener Oxidmaterialien nützlich ist.

Um die Defekte vollständig zu verstehen, erforschen wir nicht nur die strukturellen Details, sondern auch die chemischen Informationen, z. B. die chemische Abweichung von der Stöchiometrie, die Entmischung von Verunreinigungen und den chemischen Bindungszustand der Atome an Gitterdefekten, Grenzflächen und Korngrenzen. Der Zugang zu diesen Details kann durch die Kombination von HR(S)TEM mit Elektronenspektroskopie ermöglicht werden.

Themen

• Abbildung negativer sphärischer Aberration (NCSI)
• Messung von Sauerstoff in oxidischen Materialien
• Versetzungen in SrTiO3

Kontakt:

Dr. Lei Jin
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