Adsorbatinduzierte Perkolationseffekte in nanokristallinen halbleitenden Oxiden - Vergleich von Experiment und Computersimulation

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In diesem Forschungsvorhaben aus dem Bereich der Festkörperphysik und Sensorik soll der Einfluss der Struktur und der materiellen Zusammensetzung einer nanokristallinen versinterten Metalloxidschicht auf ihre gassensitiven Eigenschaften systematisch und in engem Zusammenspiel zwischen Experiment und Theorie untersucht werden. Nanokristalline halbleitende Metalloxide besitzen die Eigenschaft, ihre elektrische Leitfähigkeit bei Angebot von chemisch reaktiven Gasen zu ändern. Die Sensitivität (relative Leitwertänderung) der Systeme hängt dabei maßgeblich von der mittleren Größe der Kristallite, dem Grad ihrer Vernetzung und der Schichtdicke ab. Wir wollen sowohl in präparierten Schichten als auch in Computermodellen diese Parameter variieren und untersuchen, wie sich mit steigender Gaskonzentration Pfade aus leitenden Kristalliten ausbilden (Perkolation), die dann zu einem sprunghaften Anstieg der Leitfähigkeit und somit zu einer erhöhten Empfindlichkeit oberhalb der Perkolationsschwelle führen sollten.Wir wollen uns auf dünne quasi-zweidimensionale Schichten konzentrieren. In den ersten beiden Projektteilen wollen wir untersuchen, wie die Sensitivität der Schicht von ihrer (effektiven) Dicke abhängt, die wir auch durch Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes oder durch Beimengung eines Ionenleiters variieren wollen (elektrischer, bzw. chemischer Feldeffekt). Im dritten Projektteil wollen wir auf den Ergebnissen dieser Untersuchungen für homogene nanokristalline Netzwerke aufbauen um heterogene nanokristalline Netzwerke aus p- und n-leitenden Metalloxiden zu untersuchen und herauszufinden, wie sich deren sensitive bzw. selektive Eigenschaften durch Perkolationseffekte gezielt optimieren lassen.