THz Ellipsometry of high-speed electronic materials
- Reference number
- FFL12-0181
- Start and end dates
- 140101-191231
- Amount granted
- 9 700 000 SEK
- Administrative organization
- Linköping University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The goal of my proposal is to build a unique THz ellipsometry instrumentation and use it to explore the mechanisms that generate and control the free-charge carrier properties in epitaxial layers of In(Ga,Al)N and graphene. The research aims at enabling the desired transport properties in these materials in order to achieve substantial advance towards high-speed and THz-frequency large scale processor technologies. The specific tasks of this systematic investigation include establishing: 1. the role of surface polarity and substrate polytype, 2. the effect of surface treatment and modification, and 3. the effect of doping on the free-charge carrier mobility and density in epitaxial graphene and In(Ga,Al)N epitaxial layers, and device heterostructures. My unique approach is based on the use of contactless infrared spectroscopic ellispometry and new developments of THz ellipsometry methodologies, which allow the determination of the free-charge carrier properties profiles in samples with multiple conductive channels, inaccessible in conventional electrical contact-based measurements. I will also develop state-of-the-art growth of graphene epilayers for resolving a range of debated issues concerning the material’s basic properties behind their outstanding performance. A broader impact of the developed novel THz ellipsometry methodologies will be the opportunity to explore new electronic, transport and magnetic properties and phenomena in semiconductors, nanomaterials, organics.
Popular science description
Målet med det föreslagna projektet är att bygga ett unikt THz-ellipsometri instrument och använda detta för att undersöka de mekanismer som alstrar och kontrollerar egenskaper hos fria laddningsbärare i epitaxiella skikt av In(Ga,Al)N och grafen. Forskningen syftar till att demonstrera de önskade transportegenskaperna i dessa material, för att möjliggöra betydande framsteg inom höghastighets-och THz- frekvens tillämpningar för storskaliga processor-teknologier. Specifika delmål inom dessa systematiska studier är att klargöra: 1. Vilken roll har ytans polaritet och substratets polytyp, 2. Effekten av ytans preparering och modifikation, och 3. Effekten av dopning på fria laddningsbärares koncentration och mobilitet i epitaxiell grafen och In(Ga,Al)N epitaxiella skikt liksom i heterostrukturer för komponenter. Unikt för projektet är användning av kontaktlös infraröd spektroskopisk ellipsometri och nyutvecklade metoder inom THz ellipsometri, vilket tillåter bestämning av profiler av fria laddningsbärare i prover med multipla ledande kanaler, vilket ej är möjligt med konventionella metoder baserade på elektriska kontakter. Forskargruppen kommer också att etablera adekvat tillväxt av epitaxiell grafen i avsikt att utröna de grundläggande mekanismer som ligger bakom de utmärkta materialegenskaperna. En bredare konsekvens av utvecklingen av denna THz-metodologi är möjligheten att utforska ett antal nya egenskaper (elektroniska, magnetiska, transportegenskaper) och andra fenomen i halvledare, nanostrukturer eller organiska strukturer.