Im Rahmen dieser Arbeit wurden die elektrischen Eigenschaften von LaAlO3/SrTiO3-
Oxidgrenzschichten untersucht. Zwischen diesen beiden Isolatoren existiert eine metallisch
leitende Schicht. Diese wird, je nach Präparation der Proben, durch elektronische
Rekonstruktion an der Grenzschicht, oder durch Sauerstoff-Leerstellen im SrTiO3 erzeugt.
Dabei sind die Ladungsträger im ersten Fall in einem schmalen Bereich an der
Grenz
fläche lokalisiert, oder reichen im zweiten Fall einige 10nm bis 100nm in das
SrTiO3 hinein.
Diese Arbeit zeigt die Auswirkungen von Bestrahlungen mit kleinen Dosen leichter
Ionen auf die Oxid-Heterostruktur. Untersucht wurden zwei Proben mit unterschiedlicher
LaAlO3-Dicke, wobei bei der Herstellung darauf geachtet wurde, dass diese Proben
nahezu keine Sauerstoff-Leerstellen enthalten.
Die Probe mit 3 Einheitszellen LaAlO3 zeigte halbleitendes Verhalten mit einem
Widerstand von mehr als 1G
Ohm/Square bei Temperaturen unter 150 K. Die Probe mit 4 Einheitszellen
LaAlO3 zeigte hingegen metallische Leitfähigkeit mit einem Schichtwiderstand
zwischen 60 k
Ohms/Square bei 300K und 500
Ohms/Square bei 30 K. Dies stimmt mit Ergebnissen
aus der Literatur prinzipiell überein und zeigt, dass es eine Mindestdicke für metallische
Leitfähigkeit von 4 Einheitszellen gibt.
Nach der theoretischen Untersuchung der Bestrahlung mittels Computersimulation,
wurden He+-Ionen mit einer kinetischen Energie von 75 keV für die Bestrahlung
ausgewählt. Weiters konnte gezeigt werden, dass die Bestrahlung keine strukturellen
Schäden in der Probe verursacht und nur sehr wenige Atome von der Ober
fläche abgesputtert
werden. Die Probe mit 4 Einheitszellen LaAlO3 wurde mit einer Dosis von
2x10^13 /cm² und danach mit insgesamt 5x10^13 /cm² bestrahlt. Die kleinere Bestrahlungsdosis
führt zu einer Verringerung des Schichtwiderstandes bei Raumtemperatur um etwa
ein Drittel. Gleichzeitig steigt die Ladungsträgerdichte um 50% an. Die größere Bestrahlungsdosis
führt jedoch wieder zu einer Reduktion der Ladungsträgerdichte und damit
verbunden zu einem Ansteigen des Schichtwiderstandes.
Es konnte mittels Simulationsrechnungen gezeigt werden, dass erwartungsgemäß vor
allem Sauerstoff-Defekte erzeugt werden. Diese können theoretisch jeweils zwei Elektronen
für die Leitung zur Verfügung stellen. Abschätzungen zeigen, dass die erhöhte Ladungstr
ägerdichte damit prinzipiell erklärt werden kann. Eine Erhöhung der Leitfähigkeit
in der Oxid-Heterostruktur mittels Ionenbestrahlung ist somit möglich, aber der Effekt
wird bei höheren Ionendosen vermutlich durch die hohe Zahl von Defekten kompensiert
und die Leitfähigkeit nimmt wieder ab.