Durchbruch bei Nutzung von Zinkoxid als Halbleiter

Was bei konventionellen Halbleitermaterialien wie Silizium oder Germanium Standard ist, bereitet bei Zinkoxid allerdings Probleme. Insbesondere wegen Schwierigkeiten mit der p-Dotierung gelang bisher die Herstellung von Halbleiterbauelementen wie Transistoren oder Leuchtdioden nicht. Dafür ist ein pn-Übergang erforderlich, eine Grenzzone zwischen p- und n-dotierten Bereichen. Daher wird Zinkoxid momentan im Halbleiterbereich nur für einige wenige Spezialanwendungen eingesetzt.

Die Wasserstoffatome im Kristallgitter füllen die durch die p-Dotierung erzeugten Löcher sofort auf. Für die Herstellung von hochreinem Zinkoxid für Halbleiter-Anwendungen spielt also eine hohe Reinheit - insbesondere die Abwesenheit von Wasserstoff - eine entscheidende Rolle.

Den Forscher der Ruhr-Universität Bochum gelang es nun, Zinkoxidsubstrate reversibel mit Wasserstoff zu dotieren und den Wasserstoff durch Heizen wieder vollständig zu entfernen. Damit konnten sie theoretische Vorhersagen aus dem Jahr 2000 erstmals umfassend bestätigen.

Die Forscher beendeten damit auch eine wissenschaftliche Kontroverse: Bislang wurde oft behauptet, die Dotierungsprobleme würden durch Defekte im Zinkoxid-Kristallgitter, zusätzliche Zink-Atome oder Sauerstoff-Fehlstellen verursacht.

Die in Bochum erzielten Ergebnisse bilden eine Grundlage für die Herstellung leistungsfähiger, auf Zinkoxid basierender elektronischer Bauelemente. Zurzeit arbeiten die Forscher intensiv daran, durch Einbau geeigneter Fremdatome in hochreine, also wasserstofffreie Zinkoxidsubstrate eine p-Dotierung zu erreichen.
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