Mario Dähne Was geschieht an Halbleiter-Oberflächen?

Die große technische und physikalische Bedeutung von Halbleitern liegt im wesentlichen in ihren ungewöhnlichen elektronischen Eigenschaften begründet. Es sind Stoffe, die bei Zimmertemperaturen elektrisch leiten und bei tieferen Temperaturen isolieren - eben Halb-Leiter, wie ihr Name schon sagt.

Prof. Dr. Mario Dähne, seit vergangenem Semester neuer Professor im Institut für Festkörperphysik, interessiert sich für einen ganz bestimmten Bereich der Halbleiter - ihre Oberflächen und ihre Grenzflächen. Er untersucht, wie sich Atome an den Halbleiteroberflächen und -grenzflächen anordnen und welche elektronischen und optischen Eigenschaften sich daraus ergeben. Wie in anderen Technologien auch, geht es bei der Halbleitertechnologie, z. B. in der Mikroelektronik oder im Bereich der Halbleiterlaser, darum, einzelne Bauelemente nicht nur zu optimieren, sondern auch zu verkleinern. Diese Miniaturisierung hat zur Folge, daß die physikalischen Eigenschaften der Grenzflächen, die ein Halbleitermaterial von einem anderen trennen, immer entscheidender für die Funktion der Bauelemente werden. Bei der Herstellung dieser Bauelemente, bei der zumeist ein Halbleitersubstrat wie Silizium oder Gallium-Arsenid mit anderen Materialien - mit Metallen, Isolatoren oder auch mit anderen Halbleitern - beschichtet wird, spielen bestimmte Vorgänge an der Grenzfläche, wie z. B. das Eindringen von Atomen von einem Material ins andere oder chemische Reaktionen, eine wichtige Rolle. Bei dem sogenannten Schichtwachstum bilden sich z. B. auch häufig Nanostrukturen, dies sind Halbleiterteilchen mit Größen von wenigen Nanometern (ein milliardstel Meter), eingebettet in ein anderes Halbleitermaterial. "Ein besseres Verständnis dieser Wachstumsprozesse auf mikroskopischer Ebene und ihr Einfluß auf die elektronischen und optischen Eigenschaften bildet eine wichtige Grundlage für eine Weiterentwicklung der Bauelemente" erklärt Mario Dähne.

So klein die Forschungsobjekte von Mario Dähne auch sind - sie sind mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen - so groß ist das sich hieraus ergebende wissenschaftliche Arbeitsgebiet. Wenn der Experimentalphysiker Dähne seine Forschungsobjekte sehen will, muß er dazu das Rastersondenmikroskop benutzen - sein wichtigstes experimentelles Werkzeug. Mit diesem Instrument wird eine feine Nadelspitze zeilenweise über eine Oberfläche geführt und aus der gewonnenen Datenmenge eine Abbildung der Oberfläche erstellt. Selbst einzelne Atome können auf diese Art sichtbar gemacht werden. Mit dem Rastersondenmikroskop lassen sich aber auch lokale elektronische oder optische Eigenschaften der Probe untersuchen. "Vielversprechende Untersuchungsmöglichkeiten bietet auch die Mikroskopie an Querschnittsflächen" beschreibt Prof. Dähne ein weiteres Untersuchungsgebiet an Halbleitern, mit dem er und seine Mitarbeiter sich ebenfalls beschäftigen. Hierbei werden die auf eine Oberfläche aufgebrachten Schichten durch Spaltung der Probe freigelegt, um den Querschnitt von Grenzflächen oder Nanostrukturen von der Seite her zu mikroskopieren bzw. zu spektroskopieren.

Der 1959 in Berlin geborene Mario Dähne studierte Physik an der FU Berlin und setzte hier auch seine wissenschaftliche Laufbahn zunächst fort: 1988 schloß er seine Promotion ab, 1993 habilitierte er sich. Als Postdoc war er 1989/90 am IBM T.J. Watson Research Center in Yorktown Heights, USA, und 1994 arbeitete er einige Monate an der Universidad Autónoma in Madrid.

Bettina Weniger