DFG-Sachbeihilfe: Ballistischer W?rmetransport in dünnen und ultradünnen Oxidschichten

In diesem Projekt sollen die Untersuchungen zur die W?rmeleitf?higkeit im ?bergangsbereich vom diffusiven zum ballistischen thermischen Transport experimentell fortgesetzt und -fertiggestellt werden. Als Modelsystem mit gro?em Anwendungspotential, z.B. in der Leistungselektronik, wird beta-Galliumoxid als epitaktisch-gewachsenene Schichten und in Heterostrukturen untersucht. In diesen Materialien dominiert der Phononenbeitrag den W?rmetransport, wobei die halbleitenden elektrischen Eigenschaften durch Dotierung eingestellt werden k?nnen. Ziel ist es ?u?erst niedrig dotierte Epi-Schichten h?chster kristalliner Qualit?t zu wachsen und den Wachstumsprozess zu verstehen und zu kontrollieren. Wegen der Temperaturabh?ngigkeit der phononischen Streul?ngen kann der ?bergang zum ballistischen Transport für niedrig dotierte Schichten mit der Variation der Schichtdicke eingestellt werden. Der theoretisch als Casimir-Limit bekannte Grenzfall tritt ein, wenn die mittlere freie Wegl?nge der Phononen die Probendicke übersteigt. In diesem Fall ist die W?rmeleitf?higkeit nicht mehr bestimmt durch die Fourier-Gleichung, sondern durch die Probengeometrie und Randbedingungen. In diesem Bereich gibt es bisher kaum experimentelle Daten. Ausgehend von unseren erfolgversprechenden Arbeiten in der ersten F?rderperiode des Projekts zum elektrischen und thermischen Transport an einkristallinen Volumenmaterial und epitaktischen Schichten aus beta-Galliumoxid mit Schichtdicken sollen für niedrig dotierte Schichten die implementierten Messmethoden angepasst und angewendet werden. Die für den W?rmetransport verantwortliche Phononenstreuung wird als Funktion von Temperatur, Schichtdicke und Dotierung untersucht. Sowohl das Wachstum als auch die thermischen Transportuntersuchungen müssen hierzu methodisch (weiter-)entwickelt werden und auf den Grenzfall hin angewendet werden. Die experimentellen und methodischen Ergebnisse werden einen wichtigen Beitrag zum Verst?ndnis des W?rmetransports durch dünne Oxid-Schichten liefern und zur Verbesserung der W?rmeableitung von einer aktiven elektronischen Schicht zu einem Substrat im Anwendungsfall. Bisher begrenzt ungenügender W?rmefluss den Einsatzbereich mikroelektronischer Bauelemente insbesondere bei hoher Leistung.