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Experimentelle Halbleiterphysik

Prof. Martin Stutzmann

Forschungsgebiet

Our work at the Walter Schottky Institut deals with various aspects of new and non conventional semiconductor materials and material combinations: semiconductors with a wide bandgap (GaN, InGaN, AlGaN, diamond, SiC) disordered semiconductors (amorphous, nanocrystalline, and polycrystalline) advanced thin film systems (silicon-based luminescent layers, thin film solar cells, organic/anorganic heterosystems, biofunctionalized semiconductors). Most of these material systems are prepared in our group by suitable deposition techniques (MBE, MOCVD, Plasma-enhanced CVD, e-beam evaporation, sputtering). Their efficient optimization is based on the large pool of structural, optical, and electrical characterization techniques available in our Institute. Complementary to the usual spectroscopic techniques we have developed and employ a variety of highly sensitive methods which enable us to study in particular the influence of defects on the electronic performance of materials and devices. Such techniques include subgap absorption spectroscopy, optically induced capacitance spectroscopy and, in particular, modern spin resonance techniques which are applied to various materials systems and devices for spintronics.

In addition to the preparation and characterization of new semiconductor materials we also work on the modification and processing of semiconductors with pulsed high power laser systems (laser-crystallization, holographic nano structuring, laser-induced etching) and investigate the potential of new material systems for novel device structures. Recent examples include nano structured thin film solar cells, high electron mobility transistors based on AlGaN/GaN hetero structures, as well as UV-detectors, sensors and biosensors.

Learn more about the different research areas on the research pages of the Stutzmann, Brandt, and Garrido groups.

Adresse/Kontakt

Am Coulombwall 4
85748 Garching b. München
+49 89 289 12761
Fax: +49 89 289 12737

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Arbeitsgruppe

Professor

Sekretariat

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler

Andere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Gäste

Lehrangebot der Arbeitsgruppe

Lehrveranstaltungen mit Beteiligung der Arbeitsgruppe

Titel und Modulzuordnung
ArtSWSDozent(en)Termine
Experimentalphysik 2 (MSE)
Zuordnung zu Modulen:
VO 3 Stutzmann, M. Di, 12:00–14:00, MW 2001
Do, 10:00–11:00, Interims II 003
sowie einzelne oder verschobene Termine
Physik und Chemie funktionaler Grenzflächen
Zuordnung zu Modulen:
VO 2 Cattani-Scholz, A. Mi, 10:00–12:00, ZNN 1.003
Fr, 10:00–12:00, ZNN 1.003
Semiconductor Electronic and Photonic Devices
Zuordnung zu Modulen:
VO 2 Brandt, M. Do, 14:00–16:00, ZNN 0.001
Aktuelle Fragen der Magneto- und Spintronik
Zuordnung zu Modulen:
HS 2 Brandt, M. Hübl, H.
Mitwirkende: Althammer, M.Geprägs, S.Opel, M.Weiler, M.
Mi, 11:30–13:00, WSI 101S
Aktuelle Probleme der Halbleiterphysik
Zuordnung zu Modulen:
HS 2 Stutzmann, M. Fr, 10:30–12:30, WSI 101S
Übung zu Experimentalphysik 2 (MSE)
Zuordnung zu Modulen:
UE 1
Leitung/Koordination: Stutzmann, M.
Termine in Gruppen
Experimentelle Methoden der Festkörperspektroskopie
Zuordnung zu Modulen:
SE 2 Brandt, M.
FOPRA-Versuch 06: Mikrowellen- und Detektionstechnik der Elektronenspinresonanz
Zuordnung zu Modulen:
PR 1 Brandt, M.
FOPRA-Versuch 08: Hochauflösende Röntgenbeugung
Zuordnung zu Modulen:
PR 1 Stutzmann, M.
Mitwirkende: Hoffmann, T.Winnerl, J.
FOPRA-Versuch 50: Photovoltaik
Zuordnung zu Modulen:
PR 1 Stutzmann, M.
Mitwirkende: Kraut, M.
FOPRA-Versuch 84: Herstellung und Eigenschaften selbstorganisierter Monolagen
Zuordnung zu Modulen:
PR 1 Stutzmann, M.
Mitwirkende: Bartl, J.Cattani-Scholz, A.
Literatur-Seminar zu Festkörperphysik
Zuordnung zu Modulen:
SE 2 Stutzmann, M. Mi, 13:00–14:30, WSI 101S
Mentorenprogramm im Bachelorstudiengang Physik (Professor[inn]en A–J)
Zuordnung zu Modulen:
KO 0.2 Auwärter, W. Back, C. Bandarenka, A. Barth, J. Bausch, A. … (insgesamt 22)
Leitung/Koordination: Höffer von Loewenfeld, P.
Mentorenprogramm im Bachelorstudiengang Physik (Professor[inn]en K–Z)
Zuordnung zu Modulen:
KO 0.2 Kaiser, N. Kienberger, R. Knap, M. Krischer, K. Märkisch, B. … (insgesamt 25)
Leitung/Koordination: Höffer von Loewenfeld, P.
Sprechstunde zur Experimentalphysik für MSE
Zuordnung zu Modulen:
KO 2 Stutzmann, M. Di, 14:00–15:00, WSI 207S
Vorbesprechung zum Fortgeschrittenen-Praktikum (F-Praktikum)
Zuordnung zu Modulen:
PR 0.1 Schönert, S. Stutzmann, M.
Mitwirkende: Hauptner, A.

Ausgeschriebene Angebote für Abschlussarbeiten an der Arbeitsgruppe

Defekte für die Photokatalyse

Chemische Prozesse an Oberflächen wollen verstanden werden. Wir verwenden modernste Methoden der magnetischen Resonanz, um solche Elementarprozesse zu beobachten, bei denen Spins eine Rolle spielen. Untersuchungsobjekte sind hochaktuelle oxidische Materialien für die Photokatalyse, die wir mit Hilfe von elektrisch und optisch detektierter magnetischer Resonanz studieren werden. Sie erlernen die Herstellung und Charaktersisierung dieser Materialien, das Arbeiten mit Kryostaten und Lasern, sowie die Grundlagen und Anwendungen der Elektronenspinresonanz.    

geeignet als
  • Masterarbeit Physik der kondensierten Materie
  • Masterarbeit Applied and Engineering Physics
Themensteller(in): Martin Brandt
Donatoren in Silizium
Donatoren in Halbleitern haben Sie in Ihrer Festkörper- oder Halbleiterphysik-Vorlesung umfassend besprochen. Dennoch gibt es hier noch viele Eigenschaften, die unerforscht sind. In dieser Masterarbeit geht es um den Kernspin der schwereren Donatoren in Silizium und ihre Wechselwirkung mit mechanischen Verzerrungen. Wir wollen den sog. Kern-g-Faktor bestimmen und auswerten, wie groß die Quadrupolwechselwirkung ist. Dazu verwenden wir ausgefuchste gepulste magnetische Resonanzverfahren. Sie lernen mit den neuesten Lasern umzugehen, Experimente bei Flüssig-Helium durchzuführen und Radio- und Mikrowellen zu erzeugen und zu schalten. Und nebenbei bestimmen Sie Neues in dem wohl bestverstanden Material der Welt.
geeignet als
  • Masterarbeit Physik der kondensierten Materie
  • Masterarbeit Applied and Engineering Physics
Themensteller(in): Martin Brandt
Morphologie und elektronische Eigenschaften von GaN/InGaN-Epitaxie-Schichten

Effiziente Energiespeicherung ist eine der großen Herausforderungen der Zukunft. Eine mögliche Lösung dafür ist die Umwandlung von Kohlenstoffdioxid und Wasser in langkettige Kohlenstoffmoleküle. Gallium-Nitrid (GaN) und Indium-Gallium-Nitrid (InGaN) sind vielversprechende Materialien, um diesen Umwandlungsprozess photo-katalytisch zu beschleunigen. Außerdem könnte mit InGaN die Selektivität der entstehenden Produkte erhöht werden. Ein wichtiger Punkt hierbei ist es, die Ladungsträgerdichte von Elektronen und Löchern an der Oberfläche der Schichten zu erhöhen. Hierfür werden mit Plasma-unterstützter Molekular-Strahl-Epitaxie GaN und InGaN Schichten mit unterschiedlichen Dotierungstypen und Dotierungsdichten hergestellt. Ziel dieser Arbeit ist es, die Morphologie der hergestellten Schichten mithilfe von Rasterkraftmikroskopie zu untersuchen. Des Weiteren sollen die Oberflächen-Photospannungen der Proben mit Hilfe einer Kelvin-Sonde bestimmt werden.

Beginn: Juli 2019

Kontakt: Andreas.Zeidler@wsi.tum.de

geeignet als
  • Bachelorarbeit Physik
Themensteller(in): Martin Stutzmann
Nanowire Devices for Optoelectronic Control of Color Centers in Diamond and Silicon Carbide
Group III-nitride nanowires (NWs), namely GaN and its ternary alloys InxGa1-xN and AlxGa1-xN, have attracted increasing interest in device fabrication. Due to their high refractive index compared to air, the NWs are suitable as optical waveguides, especially for materials with a comparable refractive index, e.g. diamond or silicon carbide (SiC). These materials have color centers, especially the nitrogen vacancies in diamond and the silicon vacancies in SiC, which are both promising candidates as qubits for quantum technologies. The NWs should work as waveguides for the optical read-out of the color centers and as nano-contacts for the electrical control of the charge states of the color centers. The aim of this work is the fabrication and characterization of NW-based GaN-diamond/SiC devices for the optoelectronic control of color centers. For further information, please contact Theresa Hoffmann (Theresa.hoffmann@wsi.tum.de). To apply, please submit your CV and transcript of records.
geeignet als
  • Masterarbeit Physik der kondensierten Materie
  • Masterarbeit Applied and Engineering Physics
Themensteller(in): Martin Stutzmann
Optoelektronische Charakterisierung von GaZnON-Schichten

Eine Möglichkeit, steigenden atmosphärischen CO2-Leveln entgegenzuwirken, ist die photokatalytische Herstellung von Brennstoffen. Dazu ist die Entwicklung neuer, effizienter Materialen nötig. Diese müssen dazu in der Lage sein, sowohl sichtbares Licht zu absorbieren, als auch CO2-Reduktion und Wasserspaltung zu katalysieren. Erreicht werden kann dies durch die präzise Einstellung der energetischen Positionen von Valenz-und Leitungsbandkante durch die Legierung verschiedener Komponenten. Die Herstellung der Proben erfolgt dabei direkt am Institut mittels plasmaunterstützter Molekularstrahlepitaxie (MBE).

Für ein grundlegendes Verständnis der Materialien ist unter anderem die elektronische und optische Charakterisierung unerlässlich, was das Ziel der ausgeschriebenen Arbeit darstellt. Im Detail inkludiert dies den Entwurf und die Herstellung elektrischer Kontakte, Aufnahme und Interpretation von Strom-Spannungskennlinien sowie Photoleitungs-Messungen. Voraussetzung für die erfolgreiche Durchführung der Arbeit sind selbständiges und zuverlässiges Arbeiten im Labor und Grundkenntnisse im Bereich der Festkörperphysik.

Kontakt: Max.Kraut@wsi.tum.de

geeignet als
  • Bachelorarbeit Physik
Themensteller(in): Martin Stutzmann
Photoelektrochemische Eigenschaften von Hybridsystemen aus molekularen Monolagen auf Galliumnitrid

Um einen Großteil der erzeugten Energie aus erneuerbaren Quellen beziehen zu können, bedarf es effizienter Energiespeicherung zum Ausgleich temporärer Diskrepanzen zwischen erzeugter und verbrauchter Energie. Ein möglicher Lösungsansatz ist die Speicherung von Energie in chemischen Brennstoffen durch photokatalytische Reduktion von CO2 in energetisch höherwertige Kohlenstoffketten. Ein Hybridsystemen aus molekularen Katalysatoren und Halbleitern stellt einen vielversprechenden Ansatz zur technologischen Umsetzung dieses Konzepts dar. Mit geeigneter Anordnung der Energieniveaus von Halbleiter zu Molekül könnte Ladungstransport zwischen den Systemen stattfinden und die Effizienz im Vergleich zu homogener Katalyse gesteigert werden. Ziel dieser Arbeit ist es, mit Hilfe von Langmuir-Blodgett-Transfer molekulare Monolagen photokatalytisch aktiver Porphyrine auf Galliumnitrid-Substrate aufzubringen und zu untersuchen. Schwerpunkt der Arbeit ist die Analyse des Ladungstransports in Abhängigkeit von der Dotierung des Halbleiters und der Art des Porphyrins mit Hilfe von photoelektrochemischer Charakterisierung.

Kontakt: felix.eckmann@wsi.tum.de

geeignet als
  • Bachelorarbeit Physik
Themensteller(in): Martin Stutzmann
Polaritätskontrolle von GaN-Nanodrähten

Gruppe III-Nitrid Nanodrähte (nanowires, NWs), insbesondere aus GaN, sind vielversprechende Kandidaten für Halbleiterbauelemente, wie etwa für UV-LEDs, Sensoren oder optoelektronische Nanokontakte. GaN ist ein polarer Halbleiter und wächst entweder als Ga- oder N-polarer Wurtzit-Kristall auf verschiedenen Substraten. Die Polarität des Kristalls beeinflusst durch polaritätsbedingte Ladungen der GaN NWs die Bandstruktur der Grenzfläche zum Substrat. Das führt zu polaritätsabhängigen elektrischen Eigenschaften der GaN/Substrat-Heterostrukturen. Um effiziente Bauelemente zu ermöglichen, ist es notwendig NWs mit einheitlicher Polarität herzustellen. Hierfür ist die zweifelsfreie Identifikation der Polarität einzelner GaN NWs notwendig. Das Ziel dieser Arbeit ist es die Polarität von GaN NWs auf Siliziumcarbid-Substraten mit einem Kelvin-Sonden-Kraftmikroskop mit Nanometer-genauer Auflösung (KPFM) zu messen. Außerdem soll der Einfluss von verschiedenen Wachstumsparametern auf die die Polarität der GaN NWs untersucht werden. Voraussetzung für die erfolgreiche Durchführung der Arbeit sind selbständiges und zuverlässiges Arbeiten im Labor und Grundkenntnisse im Bereich der Festkörperphysik.

Kontakt: Theresa.Hoffmann@wsi.tum.de

geeignet als
  • Bachelorarbeit Physik
Themensteller(in): Martin Stutzmann
Qubits in Diamant elektrisch auslesen
Farbzentren in Diamant eignen sich hervoragend zum Messen kleinster magnetischer Felder und als Quantenbits. Eine Herausvorderung stellt noch der einfache Nachweis des Spinzustandes dieser Zentren dar. In Fortführung einer zur Zeit laufenden Masterarbeit soll die Dynamik des Auslesens über den Photostrom unter Verwendung unterschiedlicher Laser untersucht und die Empfindlichkeit der Methode hin zum Nachweis einzelner Zentren weiterentwickelt werden. Sie erlernen dabei Optik, das Arbeiten mit Mikrowellen, magnetische Resonanz und die Grundlagen der Quanteninformationsverarbeitung.
geeignet als
  • Masterarbeit Physik der kondensierten Materie
  • Masterarbeit Applied and Engineering Physics
Themensteller(in): Martin Brandt
Spinabhängige Prozesse in der Elektrochemie

In vielen wichtigen elektrochemischen Prozessen (wie zB der Reduktion von CO2) vermutet man Prozesse, bei denen zwei Radikale beteiligt sind. Interessanterweise wurden diese chemischen Elementarprozesse noch nicht beobachtet. In dieser Arbeit soll eine elektrochemische Zelle in ein klassisches Spinresonanz-Spektrometer integriert werden und dann die Signatur solcher Biradikale im Stromtransport beobachtet werden. Sie werden in dieser Masterarbeit hochempfindliche Methoden der magnetischen Resonanz sowie die wichtigsten Askepte der Elektrochemie kennenlernen und an einem Thema an der vordersten Front der Physik und Chemie des Klimawandels forschen.   

geeignet als
  • Masterarbeit Physik der kondensierten Materie
  • Masterarbeit Applied and Engineering Physics
Themensteller(in): Martin Brandt

Abgeschlossene und laufende Abschlussarbeiten an der Arbeitsgruppe

The Nuclear Spin of Dopants
Abschlussarbeit im Masterstudiengang Physics (Applied and Engineering Physics)
Themensteller(in): Martin Brandt
Growth and Characterization of GaN/GaZnON core/shell structures
Abschlussarbeit im Masterstudiengang Physics (Applied and Engineering Physics)
Themensteller(in): Martin Stutzmann
Magnetic Resonance Spectroscopy of Excitons
Abschlussarbeit im Masterstudiengang Physics (Applied and Engineering Physics)
Themensteller(in): Martin Brandt
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