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Elektrische Eigenschaften von LaAlO3/SrTiO3-Grenzschichten nach Bestrahlung mit He+-Ionen

Sauer, Markus (2010) Elektrische Eigenschaften von LaAlO3/SrTiO3-Grenzschichten nach Bestrahlung mit He+-Ionen.
Diplomarbeit, University of Vienna. Fakultät für Physik
BetreuerIn: Lang, Wolfgang

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DOI: 10.25365/thesis.8961
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29994.97996.227464-2

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Abstract in German

Im Rahmen dieser Arbeit wurden die elektrischen Eigenschaften von LaAlO3/SrTiO3- Oxidgrenzschichten untersucht. Zwischen diesen beiden Isolatoren existiert eine metallisch leitende Schicht. Diese wird, je nach Präparation der Proben, durch elektronische Rekonstruktion an der Grenzschicht, oder durch Sauerstoff-Leerstellen im SrTiO3 erzeugt. Dabei sind die Ladungsträger im ersten Fall in einem schmalen Bereich an der Grenz fläche lokalisiert, oder reichen im zweiten Fall einige 10nm bis 100nm in das SrTiO3 hinein. Diese Arbeit zeigt die Auswirkungen von Bestrahlungen mit kleinen Dosen leichter Ionen auf die Oxid-Heterostruktur. Untersucht wurden zwei Proben mit unterschiedlicher LaAlO3-Dicke, wobei bei der Herstellung darauf geachtet wurde, dass diese Proben nahezu keine Sauerstoff-Leerstellen enthalten. Die Probe mit 3 Einheitszellen LaAlO3 zeigte halbleitendes Verhalten mit einem Widerstand von mehr als 1G Ohm/Square bei Temperaturen unter 150 K. Die Probe mit 4 Einheitszellen LaAlO3 zeigte hingegen metallische Leitfähigkeit mit einem Schichtwiderstand zwischen 60 k Ohms/Square bei 300K und 500 Ohms/Square bei 30 K. Dies stimmt mit Ergebnissen aus der Literatur prinzipiell überein und zeigt, dass es eine Mindestdicke für metallische Leitfähigkeit von 4 Einheitszellen gibt. Nach der theoretischen Untersuchung der Bestrahlung mittels Computersimulation, wurden He+-Ionen mit einer kinetischen Energie von 75 keV für die Bestrahlung ausgewählt. Weiters konnte gezeigt werden, dass die Bestrahlung keine strukturellen Schäden in der Probe verursacht und nur sehr wenige Atome von der Ober fläche abgesputtert werden. Die Probe mit 4 Einheitszellen LaAlO3 wurde mit einer Dosis von 2x10^13 /cm² und danach mit insgesamt 5x10^13 /cm² bestrahlt. Die kleinere Bestrahlungsdosis führt zu einer Verringerung des Schichtwiderstandes bei Raumtemperatur um etwa ein Drittel. Gleichzeitig steigt die Ladungsträgerdichte um 50% an. Die größere Bestrahlungsdosis führt jedoch wieder zu einer Reduktion der Ladungsträgerdichte und damit verbunden zu einem Ansteigen des Schichtwiderstandes. Es konnte mittels Simulationsrechnungen gezeigt werden, dass erwartungsgemäß vor allem Sauerstoff-Defekte erzeugt werden. Diese können theoretisch jeweils zwei Elektronen für die Leitung zur Verfügung stellen. Abschätzungen zeigen, dass die erhöhte Ladungstr ägerdichte damit prinzipiell erklärt werden kann. Eine Erhöhung der Leitfähigkeit in der Oxid-Heterostruktur mittels Ionenbestrahlung ist somit möglich, aber der Effekt wird bei höheren Ionendosen vermutlich durch die hohe Zahl von Defekten kompensiert und die Leitfähigkeit nimmt wieder ab.

Schlagwörter in Deutsch

LaAlO3 / SrTiO3 / Oxid-Grenzschichten / Ionenbestrahlung

Item Type: Hochschulschrift (Diplomarbeit)
Author: Sauer, Markus
Title: Elektrische Eigenschaften von LaAlO3/SrTiO3-Grenzschichten nach Bestrahlung mit He+-Ionen
Umfangsangabe: 93 S. : Ill., graph. Darst.
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Physik
Publication year: 2010
Language: ger ... Deutsch
Supervisor: Lang, Wolfgang
Assessor: Lang, Wolfgang
Classification: 33 Physik > 33.61 Festkörperphysik
33 Physik > 33.05 Experimentalphysik
33 Physik > 33.68 Oberflächen, Dünne Schichten, Grenzflächen
AC Number: AC08064548
Item ID: 8961
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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