DFG-Sachbeihilfe: Hochaufl?sende Terahertz-Spektroskopie mit Quantenkaskadenlasern: Spektroskopie von St?rstellenüberg?ngen in Ge und Si

Das gemeinsame Ziel der Arbeitsgruppen an der Technischen Universit?t Berlin (TUB) und am Paul-Drude-Institut (PDI) besteht in der Realisierung eines Spektrometers für hochaufl?sende Laserspektroskopie bei THz-Frequenzen auf der Grundlage von Multimoden-Quantenkaskadenlasern (QCLs) mit schmaler Linienbreite in Kombination mit einem Gitterspektrometer sowie in der Untersuchung der Linienbreite, der Linienform und der Relaxationszeit von St?rstellen, insbesondere in isotopenreinem Ge und Si. Die TUB-Gruppe wird ein neues THz-Laser-Spektrometer für hochaufl?sende Spektroskopie an St?rstellenüberg?ngen in Halbleitern, insbesondere in Ge und Si, für die Frequenzbereiche von 2,7 bis 3,3 und von 5,0 bis 5,7 THz entwickeln. Das Spektrometer beruht auf QCLs, die speziell für diesen Zweck am PDI entwickelt werden. Mit diesem Spektrometer wird die TUB-Gruppe St?rstellenüberg?nge in Ge und Si untersuchen, insbesondere flache Donatoren und Akzeptoren. Das Ziel besteht in der Bestimmung der Breite und Form der Linie des St?rstellenübergangs mit h?chster Genauigkeit, d.h. ohne Begrenzung der spektralen Aufl?sung durch die Apparatefunktion des Spektrometers, die bei der Verwendung eines Fourier-Transform-Infrarot-(FTIR)-Spektrometer auftritt. Das QCL-Spektrometer wird eine ann?hernd tausendfache bessere spektrale Aufl?sung als das hochaufl?sende FTIR-Spektrometer besitzen. Das wird es uns erm?glichen, die Wechselwirkung angeregter Ladungstr?ger mit Phononen sehr genau zu untersuchen und die Beitr?ge verschiedener Linienverbreiterungsmechanismen zur gesamten Linienform zu bestimmen. Insbesondere beinhalten unsere Untersuchungen Analysen an isotopenangereichertem 76Ge und isotopenreinem 28Si, um den Einfluss der Isotopenzusammensetzung auf die Breite und Form der Linien zu verstehen. Diese Untersuchungen sind auf Grund der unterschiedlichen Gitterkonstanten und Phononzustandsdichten von Ge im Vergleich zu Si sehr aufschlussreich. Der Einfluss externer St?rungen durch ein magnetisches Feld sowie durch Druckkr?fte auf die ?bergangsfrequenzen sowie die Breite und Form der Linie werden ebenfalls untersucht. Zus?tzlich werden wir zeitaufgel?ste Spektroskopie an diesen St?rstellenüberg?ngen mittels der Anrege-Abtast-Methode, die an Freie-Elektronen-Lasern zur Verfügung stehen, durchführen. Das Ziel ist hierbei, die Lebensdauern der Zust?nde zu bestimmen und die Lebensdauern mit den Linienbreiten der Zust?nde zu vergleichen. Besondere Aufmerksamkeit wird auf die komplement?re Analyse der Lebensdauern gelegt, die mittels zeitaufgel?ster Anrege-Abtast-Methoden und spektralaufgel?sten Absorptionsmessungen mit dem QCL-Spektrometer bestimmt werden.