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How to find us

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Die Physikinstitute befinden sich im Physikgebäude, dem Halbleiterphysikgebäude und dem TNF-Turm. ...  mehr zu How to find us (Titel)


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Inhalt:

Halbleiter Nanostrukturen

1. Hintergrund
Das Institut für Halbleiterphysik wurde 1990 von Günther Bauer gegründet und zwischenzeitlich um die Abteilung für Festkörperphysik erweitert. Derzeit umfaßt das Institut vier Professoren, sechs Dozenten und etwa 90 nichtwissenschaftliche und wissenschaftliche Mitarbeiter, wobei letztere zum größten Teil über Drittmittel finanziert werden. Von zentraler Bedeutung für nahezu alle wissenschaftlichen Projekte des Instituts ist ein 230 m2 großer Reinraum, der zur Herstellung von Halbleiter-Hetero- und -Nanostrukturen dient. Dazu werden Einrichtungen zur epitaktischen Materialherstellung (MBE, MOCVD), zum Aufbringen von Isolatoren und Metallisierungen (thermische und Sputterbeschichtung, Plasmaabscheidung) und zur lateralen Strukturierung (optische und Elektronenstrahllithographie, Plasmaätzverfahren) betrieben. Im und außerhalb des Reinraums verfügt das Institut über Laboratorien zur strukturellen, optischen, elektronischen und magnetischen Charakterisierung der im Reinraum hergestellten Nanostrukturen und Bauelemente. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Nutzung von internationaler Forschungsinfrastruktur, insbesondere von Beamlines an der ESRF in Grenoble. So ist das Institut mit einem Langzeitprojekt am Ausbau einer speziellen Beamline (ID01) zur Nanodiffraktion beteiligt. Neben den wissenschaftlichen Projekten des Instituts dienen die Reinraum- und Charakterisierungsein-richtungen auch in nennenswertem Umfang interdisziplinären Projekten im Rahmen des Nanoscience and -technology-Schwerpunktes der Technisch- Naturwissenschaftlichen Fakultät (TNF) der JKU. Darüber hinaus existiert eine sehr fruchtbare strategische Kooperation mit dem Institut für Festkörperelektronik der TU Wien und dem dortigen Reinraum mit seinen teilweise komplementären Einrichtungen.
Der Reinraum und die wissenschaftliche Infrastruktur hat das Institut in den letzten Jahren in die Lage versetzt, in beträchtlichem Umfang Fördermittel für wissenschaftliche Projekte und Kooperationen einzuwerben und damit wiederum in mehreren Themenbereichen der Halbleiterphysik auf internationalem Niveau Spitzenforschung zu betreiben. Beispiele für aktuelle Förderprojekte beinhalten (i) den internationalen Spezialforschungsbereich SFB IRoN des FWF, von dessen 10 wissenschaftlichen Förderprojekten fünf auf das Linzer Institut entfallen, (ii) Koordinierung (NSI) bzw. Beteiligung an insgesamt drei Verbundprojekten der österreichischen Nanoinitiative, (iii) Koordininierung des Nationalen Forschungsnetzwerks ICFOF und (iv) das CD-Labor für Oberflächenoptische Techniken. Daneben gibt es derzeit 13 Einzelförderprojekte des FWF, vier EU-Projekte und eine ganze Reihe von nationalen und internationalen Kooperationsprojekten. Ergänzende Informationen zu den geförderten Projekten, den beteiligten Personen und dem wissenschaftlichen Output können den Jahresberichten des Instituts (http://www.hlphys.jku.at/) entnommen werden.

2. Status
Der Reinraum des Instituts wurde 1991 erbaut. Von Anbeginn an wurde großer Wert auf die Grundausstattung und deren Erneuerung gelegt. In den letzten Jahren wurden gerade auch die Infrastrukturprogramme des Wissenschaftsministeriums genutzt, um neue Geräte zu beschaffen. Dazu zählen beispielsweise ein Kryo-Plasma-Ätzer, Einrichtungen für die Nanoimprint-Lithographie und eine neue Röntgenanlage. Andererseits gibt es aber auch mehrere Einrichtungen, die mehr als 15 Jahre alt und damit international kaum noch konkurrenzfähig sind.
Von besonderer Bedeutung für die künftige Rolle des Instituts in der internationalen Forschungs-landschaft ist ein anstehender Generationswechsel im Bereich der Führungsebene: Prof. Günther Bauer wird Ende 2010 emeritiert, Prof. Wolfgang Jantsch von der Abteilung Festkörperphysik geht Ende 2011 in Pension. Das Ausschreibungsverfahren für die Bauer-Nachfolge läuft derzeit. Um der herausragenden Stellung von G. Bauer in der internationalen Halbleiter-Community gerecht zu werden, muß es gelingen, einen adäquaten Nachfolger auf dem Gebiet der Halbleiterphysik und Nanotechnologie zu finden und durch gezielte Investitionen die Spitzenstellung des Instituts zu erhalten und auszubauen.
Um dieses Ziel zu erreichen, ist die Einrichtung eines Labors für Ultrakurzzeitspektroskopie zur Untersuchung von Ladungs- und Spindynamik geplant. Dieses hochaktuelle Gebiet der Halbleiter-physik soll in den nächsten Jahren neben der Röntgenstrukturanalyse zu einem weiteren Schwer-punkt der Institutsaktivitäten entwickelt werden und nachhaltig zur langfristigen Ausrichtung des Instituts und zu seiner Einbettung in die internationale Spitzenforschung beitragen.

3. Maßnahmen
Der (Teil-)Generationswechsel in der Führungsebene des Instituts und die beabsichtigte Stärkung der Bereiche Optoelektronik und Spintronik von Halbleiternanostrukturen erfordert folgende Investitionsmaßnahmen im Bereich des Reinraums:
(i) Optische Ultrakurzzeit-Spektroskopie
Es sollen Ultrakurzzeitexperimente zur Ladungs- und Spindynamik in maßgeschneiderten Halbleiterquantenstrukturen durchgeführt werden. Die Untersuchungstechniken werden zeitaufgelöste Lumineszenz, Quantenkorrelationsspektrosopie, Faraday- bzw. Kerr-Rotation, Pump-Probe-Spektroskopie und Erzeugung höherer Harmonischer umfassen. Beispiele für physikalische Fragenstellungen sind: kohärente Kontrolle und Kopplung von Spins auf der Pikosekundenzeitskala, die Untersuchung der quantenoptischen Eigenschaften von Festkörperlichtemittern, die Modulation elektronischer Zustände über ultraschnelle Akustik bzw. die Spektroskopie hochdichter Quantenphasen wie z.B. exzitonischer oder polaritonischer Kondensate. Für die Optoelektronik ist die Untersuchung von Lichtquellen auf der Basis neuer Materialien oder Quantenlichtquellen wie Einzelphotonemitter oder Emitter verschränkter Photonen geplant.
Das Labor zur optischen Kurzzeitspektroskopie wird in einem klimatisierten Reinraum auf-gebaut, um Streuungen an Staubpartikeln und Temperaturschwankungen auszuschließen.

(ii) Materialbasis
Die aufzubauende Kurzzeitspektroskopie erfordern als begleitende Maßnahme Investitionen in die Materialbasis des Instituts. Dringend erforderlich ist ein Ersatz für eine 15 Jahre alte Molekularstrahl-Epitaxieanlage (MBE), um auf diesem Gebiet weiterhin international konkurrenzfähig zu bleiben. Davon betroffen sind auch die weiterzuführenden Aktivitäten des Instituts, so daß hier ein signifikanter Mehrwert im Reinraumbereich geschaffen wird, der auch wesentlich für das Einwerben künftiger Projekte sein wird.

(iii) Spinresonanz
Ergänzend zur zeitaufgelösten optischen Spektroskopie werden Spinresonanz-Messungen benötigt. Auf diesem Gebiet wurde in den letzten Jahren bereits intensiv investiert, so daß eine ESR-Apparatur auf dem aktuellen Stand der Technik vorhanden ist, die allerdings auf den Frequenzbereich um 9 GHz beschränkt ist. Eine Erweiterung um den 35GHz-Bereich ist dringend nötig.
      
Die genannten Maßnahmen sind einerseits unabdingbar für die Weiterentwicklung des Reinraums in Linz und des Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik als ganzes. Auf der anderen Seite werden damit zusätzliche Synergien innerhalb der TNF möglich, die auf der geschaffenen interdis-ziplinären Basis durch die Nano-Verbundprojekte aufbauen und künftig insbesondere die erweiterte Materialbasis und die Kurzzeitspektroskopie nutzen können.