Spektroskopie

Die herausfordernde Ära wissenschaftlicher Forschung und industrieller Entwicklungen im laufenden 21. Jahrhundert wird vor allem durch den dringenden Bedarf an der Beobachtung, dem Verständnis, der Entwicklung und der Verbesserung neuartiger Materialien, Geräte und Technologien vorangetrieben, um sie hinsichtlich ihrer Funktion und ihres Energie- und Ressourcenverbrauchs effizienter zu machen. Zu diesem Zweck werden neue Erkenntnisse in der angewandten Physik, Chemie und Biologie benötigt, und die korrelative Spektroskopie ist äußerst wichtig.

Einerseits setzen wir die Raman-Spektroskopie als leistungsstarkes, zerstörungsfreies Charakterisierungsinstrument ein, das mit der Streuung von Licht an optischen Phononen in Festkörpern und molekularen Schwingungen zusammenhängt. Dabei wird monochromatisches Licht, in der Regel ein Laser, gestreut und interagiert mit Materialien. Das oszillierende elektromagnetische Feld der Photonen führt zu einer Polarisierung der Molekülwolke und erzeugt angeregte Schwingungszustände (Rotations- und andere niederfrequente Energiemoden können ebenfalls gefunden werden).

Diese kurzlebigen Zustände sind nicht stabil, und es werden gestreute Photonen emittiert. Die Energie des Schwingungsübergangs ist mit der Schwingungsfrequenz verbunden. Die Spektren enthalten daher chemische und strukturelle Informationen. Mit dieser Methode lassen sich nicht nur die chemische Bindung, die Zusammensetzung und die Konzentration freier Ladungsträger in den Verbindungen untersuchen, sondern auch die Belastung und die Temperatur in den untersuchten Materialien und Geräten bestimmen.

Andererseits verwenden wir die Photolumineszenzspektroskopie für Halbleiter. Photonen mit einer Energie oberhalb der Bandlücke werden absorbiert und Ladungsträger angeregt, was zur Bildung von Elektron-Loch-Paaren führt. Die Ladungsträger durchlaufen nicht-radiative Relaxationsprozesse, bevor eine strahlende Rekombination beobachtet wird. Diese Methode wird zur Bestimmung der Bandlücke, zur Untersuchung von nicht-strahlenden Rekombinationszentren wie Defekten und zur Untersuchung der optoelektronischen Eigenschaften von Halbleiter-Nanostrukturen und -Geräten verwendet.

Beide Methoden werden eingesetzt, um die optoelektronischen Materialeigenschaften mit ihrer Struktur bis hinunter zur atomaren Ebene sowie mit ihren Funktions- und Geräteeigenschaften zu korrelieren.