Bei den folgenden Projekten für Schülerinnen und Schüler haben Sie die Wahl, sich mit der Physik moderner LEDs, der Polarisation des Lichts, neuartigen oxidischen Halbleiten für UV-Fotodetektoren oder optisch transparenten Feldeffekt-Transistoren zu beschäftigen. Wenn Sie sich für eines der Projekte interessieren, wenden Sie sich gern an die jeweiligen Ansprechpartner.
Projekte der Abteilung Halbleiterphysik
Unbegrenzte Farbwahl, geringer Strombedarf, hohe Lichtausbeuten, lange Betriebslebensdauern und extrem geringe Abmessungen: Diese Eigenschaften machen LEDs auf Basis kristalliner und organischer Materialien zu energetisch unschlagbaren Lichtquellen. Sie werden für die Beleuchtung und Signalanzeige in urbanen, häuslichen, heimelektronischen, medizinischen und industriellen Anwendungen und bei der Raumfahrt verwendet.
Untersuchungsmethoden:
- Spektroskopie der emittierten Strahlung
- Bestimmen des Lichtstroms auf der Grundlage der spektralen Augenempfindlichkeit
- Messen der ortsaufgelösten Lichtintensität der strahlenden Fläche und der Winkelverteilung der Abstrahlung
- Messen der Zeitabhängigkeit der Intensität im LED-Impulsbetrieb und qualitatives Beobachten des Alterns der LED induziert durch elektrischen und thermischen Stress
Erkenntnisziel für Schülerinnen und Schüler:
- Sie lernen die grundlegenden physikalischen Mechanismen der Umwandlung von Strom in Licht innerhalb einer LED kennen und verstehen.
- Sie lernen den Einfluss der anwendungsorientierten Wahl von Material und Strukturaufbau (unter anderem Resonatorprinzip) auf die Wirkungsweise von hocheffizienten LEDs im ultravioletten, sichtbaren und infraroten Spektralbereich kennen und verstehen.
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Marius Grundmann, Dr. Chris Sturm
Die Orientierung des zum Licht gehörenden elektrischen Feldes wird im Allgemeinen als Polarisation bezeichnet. Obwohl die Polarisation nicht mit dem bloßen Auge wahrnehmbar ist, findet sie im alltäglichen Leben vielfältig Anwendung. Sie wird zum Beispiel zur Wahrnehmung von 3D-Effekten im Kino oder bei der Vermeidung von Reflexionen genutzt.
Untersuchungsmethoden:
Mittels Spektroskopie werden die Eigenschaften von (zum Beispiel von Laserdioden) emittierten reflektiertem und transmittiertem Licht bezüglich dessen Farbe und Polarisation charakterisiert. Mittels geeigneten optischen Bauelementen werden diese Eigenschaften gezielt eingestellt und manipuliert. Die gemessenen Beobachtungen werden mit theoretischen Vorhersagen verglichen.
Erkenntnisziele für Schülerinnen und Schüler:
- Sie lernen die grundlegenden Eigenschaften von Licht, das heißt die Spektrallage (Farbe), Intensität und Polarisation kennen.
- Sie erfahren, wie diese Eigenschaften in der Industrie und Forschung (unter anderem Materialcharakterisierung, Bestimmung von Materialfehlern) und in unserem Alltag (3D-Kino, Antireflexionsbeschichtungen, Monitorbeleuchtung) eine entscheidende Rolle spielen.
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Marius Grundmann, Dr. Chris Sturm
Für die Detektion ultravioletter (UV-) Strahlung unter Ausschluss des sichtbaren Bereichs werden in vielen Fällen noch immer Fotomultiplier eingesetzt. Diese zeichnen sich durch eine hohe Verstärkung (> 106) und geringe Dunkelströme aus. Für den Betrieb der Fotomultiplier sind aufgrund der hohen Betriebsspannungen (oft > 1 kV) aufwändige Spannungsversorgungen notwendig. Außerdem sind Fotomultiplier aufgrund der eingebauten Vakuumröhren bruchgefährdet und für viele Feld- und Weltraumanwendungen ungeeignet.
Untersuchungsziel:
Im Rahmen dieses Projekts werden Schichten neuartiger oxidischer Halbleiter in UV-Fotodetektoren eingesetzt. Die Detektoren werden bezüglich des Dunkelstroms, der Empfindlichkeit, der Verstärkung und des Bereichs der UV-Strahlung, in dem diese sensitiv sind, charakterisiert. Ziel ist es, eine optimale Materialkombination für einen UV-Detektor zu finden.
Untersuchungsmethoden:
Die oxidischen Halbleiter werden zuerst mittels Hall-Effekt-Messungen untersucht. Im Anschluss werden die Halbleiterschichten mittels Fotolithografie strukturiert. Anschließend werden diese mittels Messungen der Strom–Spannungs- und Kapazitäts–Spannungs-Kennlinien und des Fotostromes charakterisiert.
Erkenntnisziele für Schülerinnen und Schüler:
- Sie lernen die grundlegenden physikalischen Mechanismen der Umwandlung von Licht in Strom innerhalb eines Halbleiterdetektors kennen und verstehen.
- Sie lernen den Einfluss der Materialauswahl auf die Eigenschaften des Halbleiterdetektors kennen und verstehen.
- Sie erhalten einen Einblick in moderne Messmethoden der Halbleiterphysik.
- Sie verfolgen die Prozesskette von der Herstellung einer halbleitenden Dünnschicht bis hin zum fertigen Bauelement und können sie in weiten Teilen selbst durchführen.
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Marius Grundmann, Dr. Holger von Wenckstern
Transparente Elektronik ist ein Gebiet der Forschung, welches den Alltag in den kommenden Jahren nachhaltig beeinflussen wird. Elektronisch intelligente Fensterscheiben werden nicht nur in Automobilien und zu Werbezwecken an Schaufenstern eine Rolle spielen, sondern insbesondere wichtige Informationen für Chirurgen oder Mechanikern auf Brillen darstellen. Grundlagen für diese Entwicklung wurden in Leipzig durch Ferdinand Braun und Edgar Lilienfeld bereits Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts gelegt. Gegenwärtig ist die Abteilung Halbleiterphysik an unserer Universität an aktuellen Entwicklungen stark beteiligt.
Untersuchungsziel:
Im Rahmen dieses Projekts werden optische und elektrische Eigenschaften transparenter Dünnschichten und Feldeffekt-Transistoren (FET) untersucht. Die Stabilität der Bauelementeigenschaften gegenüber erhöhten Temperaturen und sichtbarem Licht werden durch die Wahl der Materialien und Züchtungsbedingungen optimiert.
Untersuchungsmethoden:
- Bestimmen der Transporteigenschaften der aktiven Schicht mittels Hall-Effekt-Messungen
- Bestimmen der FET-Transferkennlinie in Abhängigkeit von der Temperatur, der Nettodotierung und den Eigenschaften der Kanalschicht mit quasi-statischen Kapazitäts–Spannungs-Messungen
- Bestimmen der optischen Transmission des Feldeffekttransistors
Erkenntnisziele für Schülerinnen und Schüler:
- Sie lernen die grundlegenden physikalischen Mechanismen, welche die optische Absorption und den Ladungstransport in Halbleitern sowie die Funktion von Feldeffekt-Transistoren bestimmen, kennen und verstehen.
- Sie erhalten einen Einblick in moderne Messmethoden der Halbleiterphysik.
- Sie verfolgen die Prozesskette von der Herstellung einer halbleitenden Dünnschicht bis hin zum fertigen Bauelement und können sie in weiten Teilen selbst durchführen.
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Marius Grundmann, Dr. Holger von Wenckstern
