Transporteigenschaften von Halbleiter-Nanodrähte
Halbleitende Nanodrähte sind vielversprechende Bausteine für neuartige nanoskalige Halbleiterbauelemente, wie z.B. Nanodrahtfeldeffekttransistoren. Nanodrähte zeichnen sich durch ein großes Aspektverhältnis aus, mit Längen von einigen Mikrometern und einem Durchmesser von wenigen 10 bis 100 Nanometern. Insbesondere aufgrund des geringen Durchmessers können statistische Schwankungen in der Verteilung der Dotieratome und anderer Störstellen einen großen Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften haben. In der Arbeitsgruppe werden daher die elektrischen Eigenschaften von Nanodrähten genauer untersucht, um solche Effekte besser zu verstehen und für nanoskalige Bauelemente nutzen zu können.
Die Arbeiten konzentrieren sich hierbei auf Ge-dotierte GaN-Nanodrähte und (Al,Ga)N/GaN-Nanodraht-Heterostrukturen, in denen AlN-Nanodisks als Tunnelbarrieren in den Draht eingebaut werden. Die Nanodrähte werden in Zusammenarbeit mit Dr. Jörg Schörmann mittels Molekularstrahlepitaxie gewachsen. Die Ge-dotierten GaN-Nanodrähte zeigen unter anderem Fluktuationen der Leitfähigkeit in Abhängigkeit eines externen Magnetfelds. Diese Fluktuationen entstehen aufgrund des Wellencharakters der Elektronen. Auf ihrem Weg durch den Draht werden die Elektronen an Störstellen gestreut und interferieren, weswegen es zu Variationen des Widerstandes in Abhängigkeit des Magnetfelds kommt. Da diese Fluktuationen stark von den Ladungsträgern und der Dimension der Transportpfade in den Drähten abhängen, wird der Einfluss verschiedener Störstellen und der Oberflächenzustände auf die Transporteigenschaften genauer untersucht. Die Realisierung von Nanodraht-Feldeffekt-Transistoren ermöglicht u.a. die Charakterisierung der Transkonduktanz zur Bestimmung der Beweglichkeit. Im Falle der Nanodraht-Hybridstrukturen konzentrieren sich die Untersuchungen auf Tunnelphänomene der Elektronen durch die isolierenden AlN-Nanodisks.
Publikationen:
- P. Uredat, M.T. Elm, P.J. Klar, S. Hara*, “The transport properties of InAs nanowires: an introduction to MnAs/InAs heterojunction nanowires for spintronics”, J. Phys. D: Appl. Phys. 53, 333002 (2020) – Topical Review
- P. Uredat*, R. Kodaira, R. Horiguchi, S. Hara, A. Beyer, K. Volz, P.J. Klar, M.T. Elm, “Anomalous Angle-Dependent Magnetotransport Properties of Single InAs Nanowires”, Nano Lett. 20, 618 (2020)
- P. Uredat*, P. Hille, J. Schörmann, M. Eickhoff, P.J. Klar, M.T. Elm*, “Consistent description of mesoscopic transport: Case study of current-dependent magnetoconductance in single GaN: Ge nanowires”, Phys. Rev. B 100, 085409 (2019)
- M.T. Elm*, P. Uredat, J. Binder, L. Ostheim, M. Schäfer, P. Hille, J. Müßener, J. Schörmann, M. Eickhoff, P.J. Klar, “Doping-Induced Universal Conductance Fluctuations in GaN Nanowires”, Nano Lett. 15, 7822 (2015)