Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Wachstum von BaSnO3/LaInO3
(BSO/LIO) Schichten mittels Plasma-unterstützter Molekularstrahlepitaxie (PAMBE).
Für die Realisierung der BSO/LIO Heterostruktur müssen zuvor Wege für
ein stabiles Herstellungsverfahren sowohl der BSO als auch der LIO Schichten
gefunden werden. Aus diesem Grund beschäftigt sich der erste Teil dieser Arbeit
mit den Herausforderungen der Suboxidbildung und Suboxidquellen.
Das Wissen um Suboxide ist alt, aber es wurde bisher nicht stark in der Anwendung
der Oxid-MBE berücksichtig oder benutzt. Engagierte Studien werden in
dieser Arbeit durchgeführt, die zeigen, dass bei Suboxidquellen wie z.B. der Mischung
aus SnO2 und Sn sich die Einbaukinetik gegenüber einer elementaren
Quelle (z.B. Zinn) vereinfacht.
Die in dieser Arbeit herausgearbeitete
Effizienz der Mischquellen hat bereits dazu geführt, dass weitere Oxide wie
Ga2O3 und SnO mit Hilfe von Suboxid-MBE gewachsen wurden.
Im zweiten Teil dieser Arbeit werden die entwickelten Quellen genutzt und die
BSO und LIO Wachstumsparameter bestimmt, sowie deren Abhängigkeit im Kontext
von thermodynamischen Ellinghamdiagrammen diskutiert. Die Besonderheit
beim BSO Wachstum liegt dabei auf der Verwendung einer Mischquelle bestehend
aus SnO2 + Sn wodurch SnO Suboxid gebildet wird, welches zum Wachstum
beiträgt.
Ein zwei-dimensionalen Elektronengas an der Grenzfläche der BSO/LIO Heterostruktur
wird realisiert durch gezielte Grenzflächenterminierung mit Hilfe einer
Zellverschlusssequenz. Durch die Kontrolle der Grenzflächenterminierung
im Monolagenbereich können Ladungsträgerkonzentrationen im Bereich um 3 -
5 × 1013 cm−2 und Beweglichkeiten μ > 100 cm2/Vs zuverlässig und reproduzierbar
realisiert werden. / The present work investigates the growth of BaSnO3/LaInO3 (BSO/LIO) heterostructures
using plasma-assisted molecular beam epitaxy (PA-MBE). Prior to
the realization of the BSO/LIO heterostructure, ways for stable and reliable growth
of both BSO and LIO layers have to be developed. Therefore, the first part of this
thesis addresses the challenges of suboxide formation and suboxide sources.
The knowledge about suboxides is rather old, however, so far it is barely considered
or used in oxide MBE. Dedicated studies performed in this thesis show
that for suboxide sources such as a mixture of SnO2 and Sn the growth kinetics
simplify compared to an elemental source (e.g., Sn).
The efficiency of mixed sources, that is worked out in this thesis, already
led to the growth of other oxides such as Ga2O3 or SnO using suboxide MBE.
In the second part of this thesis growth parameters for BSO and LIO, using the
developed sources, are determined and their dependence in the context of thermodynamic
Ellingham diagrams is discussed. The growth of BSO is realized by
the use of a mixed source consisting of SnO2 + Sn, which forms SnO suboxide
that is contributed to the growth.
A two-dimensional electron gas at the interface of the BSO/LIO heterostructure
is realized by engineering the interface termination using a controlled cell shutter
sequence. By controlling the interface termination down to mono layer precision,
charge carrier densities in the range of 3 - 5 × 1013 cm−2 and mobilities
μ > 100 cm2/Vs can be achieved reliably and reproducibly.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/28032 |
| Date | 15 September 2023 |
| Creators | Hoffmann, Georg |
| Contributors | Riechert, Henning, Fischer, Saskia F., Jalan, Bharat |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | (CC BY 4.0) Attribution 4.0 International, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
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