Contact

Prof. Dr. Jürgen Faßbender
Director
Institute of Ion Beam Physics and Materials Research
j.fassbenderAthzdr.de
Phone: +49 351 260 3096
Fax: +49 351 260 3285

Prof. Dr. Manfred Helm
Director
Institute of Ion Beam Physics and Materials Research
m.helmAthzdr.de
Phone: +49 351 260 2260
Fax: +49 351 260 3285

The International Helmholtz Research School NanoNet is a structured doctoral program promoting the education of the next generation of scientists in molecular electronics. The program is an initiative of the HZDR in a joint collaboration with the TU Dresden, Leibniz Institute of Polymer Research Dresden, Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems, and NaMLab gGmbH.

Bachelor, Master, Diploma, and PhD Theses

The following list is a guide to current topics available at the Institute of Ion Beam Physics and Materials Research for bachelor, master, diploma, or PhD theses. The individual work plan will be adapted to the corresponding examination regulations, e.g. such that a PhD thesis can be finished within three years, respectively one year for a master/diploma thesis.
The theses will be academically supervised by the directors of the institute Prof. Manfred Helm or Prof. Jürgen Fassbender at the Technischen Universität Dresden. It is possible to co-supervise theses from other universities of applied sciences (Fachhochschulen) etc. if realized at the institute.
Concerning PhD theses the same topics like for master- or diploma theses apply, however funds must be available. Please contact one of the directors in case you are interested. Further information concerning allowances for master/diploma theses or salary for PhD positions will be given by the directors of the institute (M.Helm@hzdr.de, Tel. 260 2260; J.Fassbender@hzdr.de, Tel. 260 3096).

For questions regarding the topic please ask the individual contact persons listed.


Open PhD positions:

Right now, there are the following PhD positions available:

  • Epitaxy and optical characterization of III-V semiconductor nanowires
    Tasks: Growth experiments using molecular beam epitaxy, characterization of nanowires with electron microscopy and optical/electrical methods, simulation of heterostructures with software packages (e.g. nextnano).
    Qualification: The ideal candidate would have a very good Master's degree in physics, materials science or electrical engineering (or any other relevant field), a strong background in solid-state physics (experience in a semiconductor laboratory is advantageous), and very good English language skills.
    For further information click here (PDF).
    Contact: Dr. Emmanouil Dimakis

Topics for Bachelor, Master, and Diploma Theses:

Ion Beam Center
Magnetism
Scaling Phenomena
Spectroscopy
Semiconductor Materials


Ion Beam Center

  • Ionenstrahlanalytik
    (experimentell, 2 - 36 Monate)

    Zur Unterstützung unserer aktuellen Neu- und Weiterentwicklungen auf dem Gebiet der Ionenstrahlanalytik suchen wir Studentinnen und Studenten, die ihre Bachelor-, Master-, Diplom- oder Doktorarbeit (2 - 36 Monate) u.a. in den Fachgebieten Physik, Chemie, Elektrotechnik, Informatik, Materialwissenschaften und Maschinenbau durchführen wollen und insbesondere Interesse an experimenteller Arbeit haben.

    Nähere Informationen mit welchen Themen wir uns zur Zeit beschäftigen finden Sie hier.

  • Selbstorganisation durch Ionenbeschuss
    (experimentell und theoretisch)

    Beschießt man Oberflächen mit niederenergetischen Ionen, so entstehen unter bestimmten Bedingungen regelmäßige Wellen- oder Punktstrukturen mit einer Periodizität von einigen zehn Nanometern. Die Entstehung dieser Strukturen basiert auf dem Zusammenspiel von krümmungsabhängiger Erosionsrate, welche die Oberfläche aufraut, und Glättung der Oberfläche durch Diffusion. Viele Aspekte dieses Selbstorganisationsprozesses sind noch nicht geklärt und sollen im Vergleich zwischen Experiment und theoretischer Modellierung erkundet werden. Gefragt sind experimentelles Geschick und Erfahrung in mathematischer Modellierung, z.B. mit Matlab.

    Kontakt: Dr. Stefan Facsko, Ioneninduzierte Nanostrukturen

  • Energieeintrag von hochgeladenen Ionen in Oberflächen
    (experimentell)

    Die Wechselwirkung von vielfach ionisierten Atomen mit Oberflächen ist eine sehr neue und vielversprechende Forschungsrichtung. Die hohe Potentialenergie dieser Ionen wird in eine sehr dünne Oberflächenschicht eingetragen, so dass neue Anwendungen für die Oberflächentechnik oder die Halbleitertechnologie denkbar werden. Die Arbeit erfordert Phantasie und Geschick im Experimentellen und nur wenig Theorie.

    Kontakt: Dr. Stefan FacskoIoneninduzierte Nanostrukturen


Department of Magnetism

  • Herstellung und Charakterisierung magnetischer Multilagensysteme für Funktionsmaterialien
    (experimentell)
    Typische Arbeiten in unserer Gruppe beschäftigen sich mit der Deposition (Magnetron Sputtern oder MBE) und strukturellen sowie magnetischen Charakterisierung von Dünnschichtsystemen und Nanostrukturen mit dem Ziel der Optimierung ihrer Eigenschaften für den Einsatz als magnetische Funktionsmaterialien im Bereich der Datenverarbeitung, Datenspeicherung und Sensorik. Die spezielle Charakterisierung kann hierbei auch in enger Zusammenarbeit mit einer oder mehrerer anderer Gruppen der Magnetismusabteilung abgestimmt werden. Typische Materialsysteme erstrecken sich von Multilagenschichten mit senkrechter Anisotropie über Austauschlagen-gekoppelte Schichten bis hin zu lateral nanstrukturierten oder granularen Systemen.
    Kontakt: Prof. Dr. Olav Hellwig, AG Magnetische Funktionsmaterialien
  • Ferromagnetische Resonanz einzelner Nanostrukturen mittels Mikroresonator-FMR
    (experimentell)
    Magnetische Nanostrukturen bilden die Grundbausteine für viele neuartige Anwendungsgebiete. Die Charakterisierung dieser Elemente z. B. mittels ferromagnetischer Resonanz ist aufgrund der kleinen Signale jedoch sehr diffizil. Lithographisch hergestellte Mikroresonatoren ermöglichen dennoch die Messung solcher Signale. Ziel dieser Arbeit ist die Herstellung der Resonatoren und Nanostrukturen mittels Elektronenstrahllithographie um, so die magnetischen Eigenschaften dieser Strukturen mittels ferromagnetischer Resonanz zu untersuchen.
    Kontakt: Dr. Kilian Lenz, AG Magnetisierungsdynamik

  • Magnonische Kristalle, hybride magnetische Materialien
    (experimentell)
    Als magnonische Kristalle werden künstlich hergestellte, magnetische Nanostrukturen bezeichnet. Diese Nanostrukturen werden mittels Elektronenstrahl-Lithographie hergestellt. Magnonische Kristalle weisen im Gegensatz zu normalen dünnen magnetischen Schichten neuartige und unerwartete Eigenschaften auf, die hier mittels modernster ferromagnetischer Resonanz (FMR) genau untersucht werden sollen. Das Hauptaugenmerk liegt vor allem auf den unterschiedlichen Beiträgen zur magnetischen Dämpfung der Spinbewegung (Relaxation). Durch Analyse der FMR-Linienbreite können diese identifiziert und aufgeschlüsselt werden, um sie mit gängigen Modellen und Theorien zu vergleichen.
    Kontakt: Dr. Kilian Lenz, Dr. Kay Potzger, AG Magnetisierungsdynamik

  • Magnetisierungsdynamik in Nanostrukturen
    (experimentell)
    Ziel der Diplomarbeit ist die Herstellung (Elektronen­strahl­lithografie) gekoppelter magnetischer Nanostrukturen sowie die Charakterisierung ihrer dynamischen Eigenschaften mittels zeitaufgelöster magnetischer Raster-Transmissions-Röntgenmikroskopie (in Zusammenarbeit mit dem Elektronensynchrotron des Paul-Scherrer Institut/Villigen/Schweiz). Über mikromagnetische Simulationen sollen die Messergebnisse mit der Theorie verglichen werden.
    Kontakt: Prof. Dr. Jürgen Fassbender, AG Magnetisierungsdynamik

  • Strukturelle und magnetische Eigenschaften von Materialien für die Energiewende
    (experimentell)
    Die Energiewende erfordert in vielen Bereichen neue Materialien und deren detaillierte Charakterisierung. In dieser Master/Diplomarbeit sollen für die Energiewende relevante Metallverbindungen bezüglich defektinduzierter strukturellen und magnetischer Eigenschaften hin untersucht werden. Schwerpunkte bei diesen grundlegenden Analysen sind die Korrosion als auch die Wasserstoffaufnahme.
    Kontakt: Dr. Kay Potzger
  • Wechselwirkung von Spinwellen mit Spinströmen
    (experimentell)
    Die Nutzung des Spinfreiheitsgrades von Elektronen und dessen kohärenter Transport ist ein zentraler Forschungsschwerpunkt moderner Festkörperphysik. Spinwellen, auch als Magnonen bezeichnet, sind die Anregungsquanten eines Ferromagneten und können über diverse Effekte mit Spinströmen, d.h. spinpolarisierten Elektronen, wechselwirken. Diese Wechselwirkung wird in einer Bachelor- bzw. Masterarbeit mit Hilfe magneto-optischer Methoden wie z. B. zeitaufgelöster Kerr-Mikroskopie und Brillouin-Lichtstreu-Mikroskopie charakterisiert.
    Kontakt: Dr. Helmut Schultheiss

  • Magneto-Plasmonik
    (experimentell)
    Plasmonen sind elektromagnetische Wellen, die entlang einer Metall-Dielektrikum Grenzfläche propagieren. Magnonen sind die fundamentalen Anregungen in magnetischen Materialien, die sich in Form von Wellen ausbreiten. Sowohl Plasmonen also auch Magnonen sind nicht nur von grundlagen-physikalischem Interesse, sondern auch potentielle Kandidaten fü̈r die Realisierung zukünftiger Informationstechnologien, die über die Elektronik hinausgehen. In einer Bachelor- bzw. Masterarbeit werden diese Forschungsfelder mithilfe magneto-optischer Effekte kombiniert und somit ein Beitrag zum Verständnis der zugrundeliegenden physikalischen Wechselwirkungen und hin zur technischen Nutzung geliefert.
    Kontakt: Dr. Helmut Schultheiss

  • Spin-torque-Elemente für Hochfrequenzoszillatoren
    (experimentell)
    Spin-transfer kann sowohl zu einem Umschalten als auch zu einer stationären Präzession der Magnetisierung führen. Mögliche Anwendungen dieser Phänomene sind magnetoresistive Speicher mit wahlfreiem Zugriff (MRAM) oder neuartige Bauelemente mit Relevanz für die mobile Telekommunikation – wie z.B. nanometer-große, im Mikrowellenfrequenzbereich abstimmbare Quellen, Resonatoren, Transmitter, Empfänger, Signalmischer, Signalverstärker usw. Eine neuartige spin-transfer-basierte Technik für die Charakterisierung von nanometer-großen ferromagnetischen Proben mittels ferromagnetischer Resonanz wurde bereits demonstriert. Die Studie wird sich auf die Möglichkeit konzentrieren, eine neue Klasse von Präzessionsorbits aus der Ebene der Schichten heraus zu generieren, die bessere Ausgangsleistung und Frequenzabstimmbarkeit bieten, speziell durch die Nutzung von magnetischen Schichten mit senkrechter Anisotropie. Die sich ergebende Dynamik wird sowohl mit Hilfe von Gleichstrom-angeregten Präzessions-experimenten als auch mit spin-transfer-angeregter ferromagnetischer Resonanz untersucht.
    Kontakt: Dr. Alina Deac


Department of Scaling Phenomena


  • Multiferroizität in dünnen, mit 3d-Übergangsmetall-Ionen dotierten Titanat-Schichten
    (Theorie; Prof. Dr. S. Gemming, T. 0351/260 2470, s.gemming(at)hzdr.de)
    Multiferroische Materialien sind Verbindungen, die zwei oder mehrere Ordnungsphänomene wie Ferromagnetismus, Ferroelektritzität oder Ferroelastizität aufweisen und damit über ein weitreichendes Anwendungsspektrum als Sensor, Aktuator oder Schaltelement verfügen. Übergangsmetalldotierte Titanat-Schichten sind gute Kandidaten für Multiferroika, da sich in ihnen die ferroelektrische Eigenschaft der Titanate mit dem Magnetismus des Dotieratoms kombinieren lässt. Darüber hinaus hängen die ferroelektrischen und magnetischen Eigenschaften von Titanat-Schichten sensitiv von deren chemischen Zusammensetzung und Gitterfehlanpassung zum Substratmaterial ab. Die Manipulation der magnetischen Momente der 3d-Übergangsmetall-Ionen durch Anlegen eines elektrischen Feldes in multiferroischen Titanat-Schichten verspricht neue Anwendungen zur schnellen, strom- und damit leistungsarmen Datenspeicherung und -verarbeitung. Ziel der Diplomarbeit ist die Herstellung von mit 3d-Übergangsmetall-Ionen dotierten Titanat-Schichten auf verschiedenen Substraten, die Charakterisierung der ferroelektrischen und magnetischen Eigenschaften sowie die Berechnung der Polarisationsladung und des magnetischen Momentes in Abhängigkeit von Zusammensetzung und Gitterfehlanpassung mit Dichtefunktionaltheorie-Rechnungen.

  • Defekte in 2D-Materialien
    (Theorie; Prof. Dr. S. Gemming, T. 0351/260 2470, s.gemming(at)hzdr.de)
    2D-Materialien sind Verbindungen, die in zwei Raumrichtungen makroskopisch ausgedehnt, in der dritten Richtung aber definiert nur eine bis wenige Atomlagen dick sind. Dadurch unterscheiden sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften von 2D-Materialien signifikant von denen eines dreidimensional ausgedehnten Volumenkristalls: 2D-Materialien sind mechanisch flexibel, weisen an den Rändern eine signifikant andere Reaktivität auf als an der Oberfläche und unterscheiden sich elektronisch vom Festkörper durch Quantisierungseffekte, welche durch die Beschränkung auf wenige Atomlagen bedingt sind. Graphen, für dessen Untersuchung 2010 der Nobelpreis für Physik verliehen wurde, ist das wohl bekannteste Material. Gut studiert sind ebenfalls zweidimensionale Übergangsmetall-Schwefel-Verbindungen, die im Gegensatz zu Graphen eine wohldefinierte Reaktivität mit der Umgebung sowie eine einstellbare elektronische Bandlücke aufweisen und so für Anwendungen in der Nanoelektronik wie auch in Katalyse und Sensorik besonders attraktiv sind. Mit Hilfe numerischer Simulationen klären Sie, welche strukturellen Defekte (Dotieratome, Leerstellen, Fehlordnungen, Versetzungen) in 2D-Übergangsmetall-Schwefel-Verbindungen und den analogen Selen- und Tellur-Verbindungen stabil sind und wie sie sie auf die mechanischen und elektronischen Eigenschaften auswirken. Auch die Dekoration von Fläche oder Rand mit Molekülen als Dotanden oder Reaktanden und ihr Einfluss auf die Physiko-chemischen Eigenschaften dieser 2D-Verbindungen sollen untersucht werden.

    Defects in 2D materials
    (Theory; Prof. Dr. S. Gemming, T. 0351/260 2470, s.gemming(at)hzdr.de)
    2D-Materials are compounds, which are macroscopically extended in two directions, whereas in the third one the thickness is limet to a few atomic layers. Thus, the physical and chemical properties of these materilals differ significantly from three-dimensional materials. 2D materials are mechanically flexible and show a significant different reactivity on the edges than on the surface, additionally, the electronic structure differs from solids mainly due to quantization effects, which are mainly caused by the finite thickness. Graphene is the most prominent material of this class, and the Nobel prize 2010 was awarded for groundbreaking experiments regarding it. Well investigated are the two-dimensional transition metal sulfur compounds, which in contrast to graphene present a well-defined reactivity and a controllable band gap well suited for applications in nanoelectronic,, catalysis, as well as sensor applications. By means of numerical simulation you should investigate which structural defects (doping atoms, vacancies, disorder and dislocations) are stable in 2D transition metal sulfur compounds and the corresponding Selenium and Tellurium compounds and how they influence the mechanical and electronic properties. In addition, the decoration of the edges and the surface with molecules as doping centers or reaction sites and the influence on the physical chemical properties should be investigated.

  • Charakterisierung nanomechanischer Resonatoren
    (Experiment; Dr. A. Erbe, T. 0351/260 2366, a.erbe(at)hzdr.de, AG Transportphänomene in Nanostrukturen)
    Nanomechanische Resonatoren bieten breite Anwendungsmöglichkeiten als Sensoren und sind auch für die Grundlagenforschung interessant, weil mit ihnen quantenmechanische mechanische Bewegung untersucht werden kann. Für beide Bereiche ist es allerdings notwendig, dass die mechanische Bewegung nicht zu stark gedämpft wird. Ursachen für Dämpfungsmechanismen auf der Nanometerskala sind noch weitgehend unbekannt. Ziel der Diplomarbeit ist es das Dämpfungsverhalten nanomechanischer Resonatoren durch systematische Variation von Größe der Resonatoren und Art der Umgebungsbedingungen zu untersuchen.

  • Molekulare Elektronik
    (Experiment; Dr. A. Erbe, T. 0351/260 2366, a.erbe(at)hzdr.de, AG Transportphänomene in Nanostrukturen)
    Stromtransport durch einzelne Moleküle eröffnet die Möglichkeit elektronische Bauelemente auf kleinstmöglichen Längenskalen zu produzieren. Für solche Anwendungen müssen die elektronischen Eigenschaften von Metall-Molekül Kontakten verstanden werden. Wir haben Techniken entwickelt, die die kontrollierte Kontaktierung einzelner Moleküle erlauben. Ziel der Diplomarbeit ist es, diese Techniken so zu erweitern, dass ferromagnetische Zuleitungen an die Moleküle angekoppelt werden können. In einem solchen System kann der Spin der Elektronen zur Steuerung der elektronischen Eigenschaften ausgenutzt werden.

    Molecular Electronics
    (Experiment; Dr. A. Erbe, T. 0351/260 2366, a.erbe(at)hzdr.de, AG Transportphänomene in Nanostrukturen)
    Current transport in single molecules opens the possibility to create electronic devices on the smallest possible length scale. For these application we need an understanding of the electronic properties of the metal molecule junctions. We developed methods to contact single molecules in a controllable manner. Aim of the theses is to develop these techniques to contact ferromagnetic leads to the molecules. Such a systems allows to use the spin of the electrons as a control variable.

  • Berechnung des Transports durch Nanostrukturen
    (Theorie; Prof. Dr. S. Gemming, T. 0351/260 2470, s.gemming(at)hzdr.de)
    Einzelne Nanostrukturen als Bausteine für zukünftige kleinste elektronische Funktionsstrukturen müssen besondere Anforderungen erfüllen: sie müssen ausgedehnte elektronische Zustände aufweisen, durch welche der Transport erfolgt, und über geeignete Kontaktstellen verfügen, die wohldefiniert an Elektroden anbinden und den Übergang von Ladungsträgern von und zu den Elektroden ermöglichen. Diese Voraussetzungen wie auch die Robustheit gegenüber chemischen und thermischen Umgebungseinflüssen unter Arbeitsbedingungen erlegen der Auswahl geeigneter Strukturen Randbedingungen auf, die im vorliegenden Projekt untersucht werden sollen. In enger Zusammenarbeit mit experimentellen Arbeiten zu Molekülen im mechanisch kontrollierten Bruchkontakt sowie an nanostrukturierten Materialien führen Sie numerische Simulationsrechnungen zu Stabilität und Transportverhalten durch, aus denen Sie allgemeinere Gesetzmäßigkeiten zu Zusammensetzung, Struktur und Größe geeigneter Nanostrukturen ableiten.

    Calculation of electronic transport in nanostructures
    (theory; Prof. Dr. S. Gemming, T. 0351/260 2470, s.gemming(at)hzdr.de)
    Single nanostructures have to fulfill certain conditions to allow for application as functional devices: electronic states which carry the current and contact positions for electrode coupling have to be provided. These prerequisites and their robustness against chemical and environmental effects should be investigated. Numerical simulations of stability and transport properties should point to composition, structure and size of appropriate nano-structures. A strong collaboration with experiments at molecules in mechanically-controllable break-junctions and at nano-structured materials is expected.

  • Stromtransport durch einzelne Moleküle mit mechanisch kontrollierbaren Bruchkontakten
    (Experiment; Dr. A. Erbe, T. 0351/260 2366, a.erbe(at)hzdr.de, AG Transportphänomene in Nanostrukturen)
    Einzelne Moleküle sollen als Bausteine für zukünftige Nanoelektronik genutzt werden. Um in einem ersten Schritt die elektronischen Eigenschaften der Moleküle zu untersuchen, müssen die Moleküle reproduzierbar kontaktiert werden und der Stromtransport durch die entstehenden Strukturen gemessen werden. Zu diesem Zweck wird die Methode der mechanisch kontrollierbaren Bruchkontakte angewandt. In dieser Methode wird ein metallischer Draht gezogen, bis er so dünn ist, dass nur noch ein einzelnes Atom an der Stromleitung teilnimmt. Weiteres Auseinanderziehen des Drahtes führt zu einem Tunnelkontakt zwischen zwei einzelnen Atomen, in den dann die Moleküle eingebunden werden können. Dieser Aufbau erlaubt die elektrische Charakterisierung einzelner Moleküle unter verschiedenen Umgebungsbedingungen.

  • Aktive Schwimmer in kolloidalen Suspensionen
    (Experiment; Dr. A. Erbe, T. 0351/260 2366, a.erbe(at)hzdr.de, AG Transportphänomene in Nanostrukturen)
    Kolloidale Teilchen können als Modellsysteme für Vorgänge auf der Mikro- und Nanometerskala verwendet werden. Teilchen, die halbseitig mit einer metallischen Kappe versehen sind, lassen sich durch katalytische Reaktionen in Bewegung versetzen. Diese Bewegung erinnert dann stark an die Bewegung von Bakterien. Studien in eingeschränkten Geometrien erlauben dann einen Einblick, wie sich Organismen zum Beispiel in Arterien fortbewegen.


Department of Spectroscopy

  • Efficient emitters for THz radiation

    (experimental)

    Generating electromagnetic radiation at THz frequencies has always been more challenging than in other frequency bands. Our goal is to improve the performance of current THz emitters and to design, fabricate and test new photoconductive THz emitters. Smallest features of these emitter device structures are µm and sub-µm. For device fabrication we use electron beam and photo lithography techniques. Device characterization makes use of ultrafast spectroscopic techniques with femtosecond lasers. Students interested in conducting research / pursuing a master thesis will participate in the following topics:

    • Optimizing material properties for THz device applications. Typical materials for THz emitters include semiconductors and nonlinear optical crystals: GaAs, InGaAs, Ge, Si, ZnTe, GaP, etc.

    • Improving antenna structures and overall device layout for more efficient THz emission.

    Contact: Dr. Abhishek Singh

  • Graphene related materials for optoelectronics

    (experimental)

    Monolayer graphene and bilayer graphene are semimetals with zero band gap. In bilayer graphene, however, a small band gap can be opened by applying an electric field perpendicular to the layer. Graphene of high structural quality features very high carrier mobilities, in particular, when the material is charge neutral.

    For experiments with ultrashort laser pulses, well characterized graphene monolayer and bilayer samples with different doping levels are needed. The main tools for characterization are Raman spectroscopy and Fourier-transform infrared spectroscopy. 

    Graphene offers various mechanisms that can be exploited for photodetection. Particularly strong photocurrents, exceeding one electron per photon, have been demonstrated for asymmetrically illuminated free-standing graphene flakes in magnetic fields. This is a hint for carrier multiplication at the edges of the sample. We intend to perform experiments on large-area samples of high quality that will enable to characterize the detection process not only in the visible spectral range but also in the mid-infrared and terahertz range.
    Contact: Dr. Stephan Winnerl

  • Growth and properties of III-V semiconductor nanowires
    (experimental)
    III-V compound semiconductors are a class of materials with outstanding electronic and optoelectronic properties (high electron mobility, wide range of direct energy band gaps, etc.). High-speed transistors, efficient light emitting diodes, and solid-state lasers are only some of the devices widely used in our everyday lives, e.g. in smart phones, blu-ray technology, wireless local-area networks, LED displays, etc. In the era of nanotechnology, we focus our research on new physical phenomena that occur in III-V nanostructures. Such phenomena may enhance the performance of the aforementioned devices or open ways to novel device architectures. Students interested in conducting research / pursuing a master thesis in our laboratory would be involved with one or more of the following topics:
    • growth of III-As (arsenide) nanowires and thin films by molecular beam epitaxy
    • investigation of their structural, electrical, and optical properties using x-ray diffraction, Hall-effect, photoluminescence, etc.
    • investigation of the growth mechanisms using in-situ reflectometry
    Contact: Dr. Emmanouil Dimakis


Department of Semiconductor Materials

We are continuously looking for Bacholar or Master (Diploma) students. If you are interested in working in our group, please contact the responsible persons.

  • Hyperdoped Si by deep level impurities

The hyperdoping of semiconductors consists of introducing dopant concentrations far above the solubility limits. This can be achieved by ion implantation and pulsed laser melting. Hyperdoing leads to a broadening of dopant energy level into an impurity or intermediate band. We have recently demonstrated that hyperdoping Si with Se or Te shows promise for Si-based short-wavelength infrared photodetectors [Y. Berencén, et al., “Room-temperature short-wavelength infrared Si photodetector” Sci. Rep. 7, 43688 (2017) and M. Wang et al., "Extended Infrared Photoresponse in Te-Hyperdoped Si at Room Temperature" Physical Review Applied 10, 024054 (2018) ]. The hyperdoped semiconductors are meta-stable materials and may undergo deactivation upon thermal processing even at low temperature. Your task is to investigate the effect of rapid thermal annealing on hyperdoped Si. You will measure the structural, electrical and optical properties and find their correlation.

Contact: Mao Wang (m.wang(at)hzdr.de) and Dr. Shengqiang Zhou (s.zhou(at)hzdr.de).

  • Single color centers in silicon

Silicon nanophotonics has become one of the most promising photonic-electronic integrated platforms triggered by high demand in the realm of information technology to increase communication and computation bandwidth. This is mostly due to the very high refractive index contrast of Si with Si-based compounds and the maturity level of the existing complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) technology, which enables the fabrication of photonic integrated circuitry in a highly economic way. Waveguides and photodetectors have successfully been integrated in a Si photonic chip. However, the main difficulty nowadays in obtaining a fully photonic integrated circuitry lies in the development of an efficient light source, since the indirect nature of the Si band gap hinders efficient light emission for such a purpose. Your work will be devoted to create, in a controllable manner, single color centers in silicon by ion beam irradiation with nanometer-scale precision and their further integration into high-quality photonic cavities to achieve an efficient single-photon source.

Contact: Dr. Yonder Berencen (y.berencen(at)hzdr.de) and Dr. Georgy Astakhov (g.astakhov(at)hzdr.de).

  • Superconducting Ge for quantum technology

Since the discovery of superconductivity in diamond  [E. A. Ekimov, et al., Nature 428, 542 (2004)] with boron content above the equilibrium solid solubility many studies have been performed to find new “superconducting semiconductors”. Such a materials class would enable the monolithic integration of quantum and conventional electronics. Indeed, several groups found superconductivity even in the technological more relevant semiconductors like Si [E. Bustarret, et al. Nature 444, 465 (2006)], Ge [T. Herrmannsdörfer, et al., Phys. Rev. Lett. 102, 217003 (2009)] and SiC [T. Muranaka, et al., Sci. Technol. Adv. Mater., 9, 044204 (2008)] after heavy hole doping. It is an unresolved question whether superconducting semiconductor films and nanowires can be fabricated at all by todays’ top down selective doping technologies and which semiconductor-acceptor combination is most promising. Your task is to prepare superconducting, single crystalline Ge (film and nanowire) by ion implantation. You will measure the electrical and structure properties of the fabricated materials.

Contact: Dr. Slawomir Prucnal (s.prucnal(at)hzdr.de) and Dr. Shengqiang Zhou (s.zhou(at)hzdr.de).




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Prof. Dr. Jürgen Faßbender
Director
Institute of Ion Beam Physics and Materials Research
j.fassbenderAthzdr.de
Phone: +49 351 260 3096
Fax: +49 351 260 3285

Prof. Dr. Manfred Helm
Director
Institute of Ion Beam Physics and Materials Research
m.helmAthzdr.de
Phone: +49 351 260 2260
Fax: +49 351 260 3285