Plenarvorträge - DPG-Tagungen

Dünne Schichten Mittwoch
DS 12 Schichteigenschaften II
Zeit: Mittwoch 15:15–16:45 Raum: HS 31
DS 12.1 Mi 15:15 HS 31
Ab-initio calculations of the optical properties of phase-change
materials — •Manfred Niesert, Gustav Bihlmayer, and Stefan
Blügel — Institut für Festkörperforschung, Forschungszentrum Jülich,
52425 Jülich
The results of ab-initio calculations of the dielectric function and the
reflectivity of bulk GeTe and AgTe systems will be presented. These materials
are promising candidates for memory devices exploiting the change
of the optical properties depending on the structural phase-change and
are thus subject of intensive investigations. Different atomic configurations
have been computed and the influence on the dielectric function
has been investigated. We focus on the degree of symmetry, comparing
cubic with lower symmetry. The dielectric function considering the longwavelength
limit and neglecting local-field effects, is implemented within
the FLEUR code, an implementation of the full-potential linearized augmented
plane-wave (FLAPW) method.
DS 12.2 Mi 15:30 HS 31
Transporteigenschaften ultradünner Metallfilme — •Peter
Zahn 1 , Dimitry Fedorov 1,2 , and Ingrid Mertig 1 — 1 Fachbereich
Physik, Martin-Luther-Universität Halle, Deutschland — 2 Physical-
Technical Institute, Ural Branch of Russian Academy of Sciences,
Izhevsk, Russia
Experimental investigations of optical and transport properties of ultrathin
metallic layers gave evidence that quantum size effects, caused
by the reduced thickness, strongly influence macroscopic properties and
transport coefficients. A KKR Green’s function formalism was used to
determine the electronic structure of ultrathin metallic films ab initio.
In addition, the perturbation induced by point defects was determined
self consistently solving a Dyson equation for the Greens function of the
system including defects. The anisotropy of the scattering was involved
by solving the Boltzmann equation including the vertex corrections and
the scattering probability amplitudes derived from the potential perturbation
caused by the defects.
We discuss the influence of the reduced symmetry of the films and the
position and type of defects in the layers on the electronic structure and
transport coefficients. First results for Fe films with thicknesses of one to
32 monolayers will be presented.
DS 12.3 Mi 15:45 HS 31
Temperature stability and charge transport in thin (d < 4 nm)
metal oxide films: A comparative investigation of aluminium oxide
and tantalum oxide — •Yanka Jeliazova 1 , Michael Kayser 1 ,
Beate Mildner 1 , Eckart Hasselbrink 1 , and Detlef Diesing 2 —
1 Institut für Physikalische Chemie, Universität Duisburg-Essen, Campus
Essen — 2 Institut für Schichten und Grenzflächen 3, Forschungszentrum
Jülich
Thin layers of insulating metal oxides with high dielectric constant are
currently considered as a possible replacement for the conventional silicon
oxide gate dielectric. To suppress leakage currents the energy barrier
at the metal/oxide interface must be sufficiently high. Additionally high
temperature stability is desirable for the application in integrated circuits.
In order to characterize the energy dependence (application of a
bias voltage) of charge transport across the oxide film tunnel systems of
metal/metal oxide/silver were grown. These systems consist of thin films
of aluminium or tantalum and their oxides, and silver film as a second
electrode. The thickness of the oxides was 3 nm. An energy barrier of
1.3 eV at the Ta/TaOx interface and 2.4 eV at Al/AlOx interface was
found. To distinguish pure electronic conduction from ionical and thermally
activated charge transport sample temperatures were varied from
85 K to 510 K. The Ta/TaOx samples were found to withstand this temperature
range, while the Al/AlOx samples show a dielectric breakdown
at T > 400 K. The temperature dependence of the current through the
oxide films suggest an electronic tunnel contribution at T < 350 K and
a strong thermally activated charge transport at T > 450 K.
DS 12.4 Mi 16:00 HS 31
Optimierung der Leitfähigkeit einer dünnen Silberschicht —
•Achim Breitling, Oliver Kappertz, Selvaraj Venkataraj,
Henning Dieker und Matthias Wuttig — I.Physikalisches Institut,
RWTH-Aachen, 52056 Aachen
Transparente Silberschichten (Größenordnung 10nm) mit einer
möglichst hohen Leitfähigkeit sind für verschiedene technische Anwendungen
(z.B. organische LEDs) von äußerst großer Bedeutung. Daher
haben wir den elektrischen Widerstand von Silberschichten als Funktion
der Schichtdicke auf unterschiedlichen Substraten bestimmt. Anschließend
wurden die Silberschichten auf verschiedene Eigenschaften wie
spezifischer Widerstand, Ladungsträgerbeweglichkeit und Textur mittels
4-Punkt-Widerstandsmessungen, Röntgenreflektometrie (XRR) und
-diffraktometrie (XRD) bzw. Ellipsometrie untersucht. Dabei zeigt sich,
dass sich die Silberleitfähigkeit durch Bufferschichten drastisch verändern
lässt. Als Kandidaten für die Bufferschicht wurden verschiedene Metalloxide
bzw. -nitride verwendet, die mittels reaktivem DC Magnetronsputterns
hergestellt wurden. Für einige der Buffermaterialien wurde bei der
Silberschicht eine gegenüber dem bufferschichtfreien Fall sehr viel höhere
spezifische Leitfähigkeit beobachtet. Es werden Modelle vorgestellt, die
die Eigenschaften der Silberschicht bzw. der Bufferschicht mit dem beobachteten
Verhalten verknüpfen.
DS 12.5 Mi 16:15 HS 31
Elektromigration in Gold-Nanodrähten — •Burkhard Stahlmecke
und Günter Dumpich — Experimentalphysik, AG Farle, Universität
Duisburg-Essen, Standort Duisburg, Lotharstraße 1, 47057 Duisburg
Die Untersuchung von Elektromigrationseffekten ist industriell aufgrund
der sich weiter verkleinernden Strukturen wichtig, da die Elektromigrationsschäden
den Hauptgrund für das Versagen von integrierten
Bauteilen darstellen. Gleichzeitig sind die grundlegenden physikalischen
Prozesse, die zum Versagen einer Leiterbahn führen, bislang noch
nicht vollständig verstanden. Gold-Leiterbahnen mit Breiten im Nanometerbereich
wurden mittels Elektronstrahllithographie hergestellt und
so kontaktiert, daß im Rasterelektronenmikroskop (SEM) in-situ Widerstandsmessungen
vorgenommen werden konnten. Diese Methode bietet
den Vorteil, die Bildung und das Wachstum der sogenannten ”Voids”
dynamisch in Echtzeit vorfolgen zu können. Die gleichzeitig aufgenommenen
Strom-Spannungs-Kennlinien bzw. Widerstands-Zeit-Kennlinien
zeigen ein charakteristisches Verhalten in Abhängigkeit der Stromstärke
und der Leiterbahnparameter. Die Messungen wurden sowohl mit eingeprägtem
Strom wie auch mit eingeprägter Spannung durchgeführt. Bei
typischen Stromdichten von einigen 10 8 Acm −2 kann die Bildung von
”Voids” und ”Hillocks” systematisch untersucht werden.
Gefördert durch die DFG im Rahmen des SFB 616.
DS 12.6 Mi 16:30 HS 31
Preparation and characterization of nanocrystalline anatase
TiO2 films — •A. Orendorz, B. Huber, J. Wüsten, H. Gnaser,
and C. Ziegler — Department of Physics, University of Kaiserslautern,
D-67663 Kaiserslautern, Germany
Using TiO2 particles with nominal sizes of 6 nm, 12 nm, or 20 nm,
nanocrystalline anatase TiO2 films with a typical thickness of some µm
were deposited on various substrates. Structural investigations of the
films by means of TEM and XRD revealed that, as in the primary TiO2
particles, only the anatase phase of TiO2 occurs in the films and that no
preferential orientation of the nanoparticles exists. The average particle
sizes in the films determined from the XRD data agree within about 10 %
with the above-quoted size values of the primary particles. Depth profiles
by SIMS showed a homogeneous distribution of Ti and O throughout the
films and a low concentration of impurity species (atomic concentrations
< 10 −4 ). The electrical conductivity σ of the nanocrystalline films was
determined as a function of the sample temperature T and of the oxygen
partial pressure p(O2) under UHV conditions. Over a wide range
of p(O2) and for 200 ◦ C ≤ T ≤ 500 ◦ C a dependence σ ∝ p(O2) −n
was observed. Furthermore, it was noted that the exponent n exhibits a
pronounced dependence on the particle size and on T, but also on the
type of substrate. The values derived for n (∼ 0.5 ≤ n ≤ 1.3) are distinctly
larger than those reported for TiO2 bulk specimens; hence, in the
nanocrystalline films σ decreases more rapidly with increasing p(O2). In
first measurements obtained by UPS and by IPE, the electronic structure
of the nanocrystalline films was probed in the region of the band gap.