Plenarvorträge - DPG-Tagungen

Dielektrische Festkörper Donnerstag
ing method of quantitative HREM, the asymmetric strain fields of the
misfit dislocations have been visualized. It turns out that they extend
into a PZT region with dimensions as large as ∼4 nm in height and ∼
8 nm in width. Within this region the lattice deviates from the regular
PZT crystal structure, implying a reduced or even vanishing spontaneous
polarization. Piezoresponse force microscopy indicates that PZT
nanoislands of d≈ 9 nm indeed do not show ferroelectricity, whereas PZT
islands of d≈ 20 nm and also misfit dislocation-free PbTiO3 islands of
d≈ 9 nm are ferroelectric. It is concluded that a stable polarization in
nanostructured ferroelectrics requires misfit engineering.
DF 6.5 Do 11:30 H11
Infrared near-field microscopy of focused ion beam patterned
SiC — •Nenad Ocelic and Rainer Hillenbrand —
Nano-Photonics Group, Max-Planck-Institut für Biochemie, 82152
Martinsried
We used a home-built scattering-type (or apertureless) scanning nearfield
infrared microscope (s-SNIM) to study the local dielectric properties
of a SiC surface patterned by focused ion beam implantation with spatial
resolution of less than 100nm. In our experiment the sharp probing tip of
an atomic force microscope (AFM) is illuminated by infrared light from
a CO2 laser and both the amplitude and phase of backscattered light are
detected.
Tuning the laser between λ = 10.6µm and λ = 11.2µm, we found
phonon-polariton resonance of the tip-sample near-field interaction [1]
whose magnitude and spectral position strongly depend on the sample’s
local dielectric function ǫ(λ). Since ǫ(λ) depends on the local crystal
structure, we can differentiate between crystalline SiC and amorphous
SiC regions produced by implantation, as well as the transition regions
between them. Thus, our method could be used to map radiation damage
caused by the implantation process employed for semiconductor doping
or to study crystal defects in thin film growth.
[1] R.Hillenbrand, T.Taubner, F.Keilmann, Nature, 418, 159-162
(2002)
DF 6.6 Do 11:50 H11
First investigations of MIM capacitors using Pr2O3 dielectrics
— •Christian Wenger, Gunther Lippert, Hans-Joachim Muessig,
Peter Zaumseil, Roland Sorge, and Jaroslaw Dambrowski
— IHP Microelectronics GmbH, Im Technologiepark 25, 15236 Frankfurt
(Oder)
DF 7 Phasenübergänge und Spektroskopie
Metal-insulator-metal(MIM) capacitors with Pr2O3 as high-k material
have been investigated for the first time. The results show that Pr2O3
MIM capacitors can provide higher capacitance densities than Si3N4 MIM
capacitors while still maintaining comparable voltage coefficients of capacitance.
The Pr2O3 dielectric material seems to be suitable for use in
silicon RF applications.
DF 6.7 Do 12:10 H11
CURRENT TRANSPORT AND SIZE-EFFETCS IN ULTRA-
THIN FERROELECTRIC BARRIERS — •H. Kohlstedt 1 , N.
A. Pertsev 2 , J. Rodriguez-Contreras 1 , A. Gerber 1 , J. Schubert
3 , C. Jia 1 , U. Poppe 1 , and R. Waser 1 — 1 Forschungszentrum
Jülich, Institut für Festkörperforschung and CNI, 52425 Jülich, Germany
— 2 A. F. Ioffe Physico-Technical Institute, 194021 St. Petersburg, Russia,
— 3 Forschungszentrum Jülich, Institut für Schichten- und Grenzflächen
and CNI, 52425 Jülich, Germany
We will present our development of so-called ferroelectric tunnel
junctions with the following layer sequence: SrTiO3(substrate)/
SrRuO3(electrode)/BaTiO3 or PbZrxTi1−xO3 (as ferroelectric)/SrRuO3
or Pt as top electrode. These heterostructures have been investigated by
XRD, RBS, AFM and HRTEM.
The aim of our work is to study fundamental aspects of electron tunnelling
and electron transport through a ferroelectric material and the
influence of the transport current on the ferroelectric polarization state
of the barrier material. The I-V characteristics voltages showed switching
events with two resistive states. The origin of the switching will be
discussed in the framework of direct electron tunnelling, resonant tunneling,
and electron transport via defects. For inelastic transport processes
we found for temperatures below 100 K Glazman-Matveev tunneling and
above 100 K a transition to Mott-hopping.
Moreover we will present a theoretical approach on the basis of the
deformation potential model to combine the tunneling transfer matrix
element with the strain state of the barrier.
Zeit: Donnerstag 14:30–16:50 Raum: H11
Hauptvortrag DF 7.1 Do 14:30 H11
Jahn-Teller Polaronen in oxidischen Perovskiten — •Ortwin
Schirmer — Fachbereich Physik, Universität Osnabrück
Polaronen sind quasifreie Ladungsträger zusammen mit der von ihnen
erzeugten Gitterverzerrung. Ihre Dynamik ergibt ergibt sich aus dem
Wechselspiel von Selbstlokalisierung und Tunneln zwischen äquivalenten
Plätzen. Es ist üblich, die Eigenschaften von Polaronen durch Messungen
der elektrischen Leitfähigkeit bei optischen und niedrigen Frequenzen
zu analysieren. Dabei werden die Beiträge verschiedener gleichzeitig vorhandener
Ausprägungen von Polaronen superponiert. In günstigen Fällen
können EPR-Untersuchungen diese Komponenten voneinander trennen.
Es gelang, BaTiO3-Kristalle so zu dotieren, dass mit EPR nachweisbare
Ti 3+ (3d 1 ) Polaronen im LB entstehen. Anwendung einachsigen Druckes
und Temperaturvariation identifizierte folgende Ausprägungen: kleine
Polaronen (Radius ca. Bindungslänge), intermediäre Polaronen (Radius
grösser) und Bipolaronen (durch gemeinsame Gitterverzerrung gebundenes
Polaronenpaar). Zur Stabilisierung trägt jeweils auch die Aufhebung
der Bahn-Entartung bei (Jahn-Teller Effekt).
Weiter werden Defektelektronen behandelt, die nach Erzeugung durch
geeignete Einstrahlung an einem von mehreren äquivalenten Sauerstoff-
Ionen neben Akzeptor-Defekten in BaTiO3 und KTaO3 als O − (2p 5 ) eingefangen
werden; dabei wird die Äquivalenz durch Gitterverzerrung gebrochen,
es entsteht ein gebundenes Polaron. Auch hier unterstützt ein
lokaler JTE die Stabilisierung. Eine neuartige, symmetrie-erhaltende dynamische
Ausprägung des JTE an Polaronen wird behandelt.
DF 7.2 Do 15:10 H11
Zeitliches Verhalten lichtinduzierter Polaronen in oxidischen
Kristallen — •Th. Woike 1,2 , P. Herth 1 , T. Granzow 1 , M.
Wöhlecke 2 und M. Imlau 2 — 1 Institut für Mineralogie, Zülpicher
Str. 49b, 50674 Köln — 2 Fachbereich Physik, Universität Osnabrück
In oxidischen Kristallen werden bei Beleuchtung mit kurzen, intensiven
Laser-Pulsen Elektronen von energetisch tiefen Niveaus in lokale
Zentren angeregt. Wenn diese angeregten Elektronen eine Verzerrung
des Kristall-Gitters hervorrufen, die ihrerseits das Elektron an seiner
neuen Position stabilisiert, bezeichnet man das Elektron-Deformations-
Ensemble als Polaron. In den letzten Jahren konnte gezeigt werden, dass
für dotierte Kristalle einfache Mehr-Zentren-Modelle zur Beschreibung
der zeitlichen Entwicklung der Polaronen nicht greifen. Statt dessen muss
auch die räumliche Entfernung zwischen Polaron und tiefer Störstelle
berücksichtigt werden. Eine analoge Beschreibung der Anregung und des
Zerfalls von Polaronen in undotierten Kristallen, in denen keine tiefen
Zentren vorhanden sind, steht bisher noch aus.
In diesem Vortrag wird die Anregung und der Zerfall von Polaronen
in undotierten Lithium-Niobat-, Strontium-Barium-Niobat- und Kalium-
Niobat-Kristallen vorgestellt und diskutiert. Die Detektion des Verhaltens
erfolgt über Messung der durch Polaronen hervorgerufenen lichtinduzierten
Absorption nach Anregung des Kristalls mit kurzen, intensiven
Laserpulsen. Die zeitliche Entwicklung wird durch Summen von gestreckten
Exponentialfunktionen beschrieben, und es wird gezeigt, welche Aussagen
sich daraus über die Natur der an diesem Prozess beteiligten tiefen
bzw. flachen Energieniveaus gewinnen lassen.