PD Dr. Marco Busch

PD Dr. Marco Busch erforscht Adsorptions- und Desorptionsprozesse auf Oberflächen von transparenten Halbleitern mit großer Bandlücke, insbesondere beta-Galliumoxid und Indiumoxid. Sein Fokus liegt auf der Charakterisierung von Volumeneinkristallen dieser Materialien durch strukturelle und thermoelektrische Analysen, um ihre Oberflächeneigenschaften und Reaktivität zu verstehen. Diese Erkenntnisse sind relevant für die Halbleiterindustrie und Sensorik, da sie die Entwicklung von hochperformanten Bauelementen und Sensoren auf Basis dieser Wide-Bandgap-Halbleiter ermöglichen. Die Arbeiten verbinden experimentelle Oberflächenchemie mit materialwissenschaftlichen Charakterisierungsmethoden.

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• DFG-Sachbeihilfe/2: Untersuchung von Adsorptions- und Desorptionsprozessen auf beta-Ga2O3- und In2O3-Oberflächen mittels Struktur- und thermoelektrischen Analysen

  Quelle ↗

  Die transparenten halbleitenden Oxide beta-Ga2O3 und In2O3 repräsentieren ein Klasse von Halbleitern mit großer Bandlücke und weitreichender Bedeutung für die aktuelle Forschung und Technologieentwicklung. Während diese Oxide in den letzten Jahrzehnten ausschließlich in polykristalliner Form oder als amorphe Filme genutzt wurden, zeigen aktuelle Forschungsergebnisse, dass Volumeneinkristalle und kristalline, epitaktische Filme mit kontrollierbaren elektrischen Eigenschaften großes Potential bei Anwendungen für die transparente Mikroelektronik, Optoelektronik, Kurzwellenphotonik und Sensoren haben. In diesem Forschungsprojekt wollen wir die strukturellen Eigenschaften von wohldefinierten Oberflächen von Volumeneinkristallen von beta-Ga2O3 und In2O3 untersuchen. Dabei geht es um Rekonstruktionen verbunden mit der Änderung der Oberflächenstöchiometrie und Modifikationen aufgrund der Adsorption von unterschiedlichen molekularen Gasen sowie der Bedeckung mit Ga bzw. In auf den beta-Ga2O3- bzw. In2O3-Oberflächen. Insbesondere wollen wir das Adsorptionsverhalten von Molekülen wie CO2, CH4, H2, H2O, CH3OH und C2H6O auf beta-Ga2O3 und In2O3 untersuchen, welches bisher nur wenig verstanden ist. Die Untersuchungen der strukturellen und der Adsorptionseigenschaften sollen mittels der Kombination der schnellen Atombeugung (fast atom diffraction, FAD) mit Standardmethoden der Oberflächenanalyse wie LEED und AES zur Bestimmung der atomaren Oberflächenstruktur, d.h. Relaxation, Rekonstruktion, Terminierung, Defekte, Stufen und Morphologie von sauberen und Adsorbat-bedeckten Oberflächen, durchgeführt werden. Diese strukturellen Untersuchen sind relevant zur Verbesserung von Wachstumsmethoden wie MOCVD für epitaktische Heterostrukturen und zur Weiterentwicklung auf dem Gebiet der Molekularelektronik auf wohldefinierten Oberflächen. Um Oberflächen gezielt für Sensoranwendungen und die heterogene Photokatalyse bereitzustellen, ist das detaillierte Wissen über das Adsorptions- und Desorptionsverhalten essenziell. Zur Bestimmung der Änderung des Oberflächenpotentials während Adsorption- und Desorptionsprozessen wollen wir die elektrische Leitfähigkeit und das Rauschen messen. Insbesondere wollen wir die thermoelektrischen Eigenschaften und deren Abhängigkeit von Adsorption- und Desorptionsverhältnissen von unterschiedlichen Molekülen auf einkristallinen Flakes und epitaktischen Filmen studieren. Die Transportuntersuchungen sind motiviert durch die Verfügbarkeit von wohldefinierten Oberflächen von beta-Ga2O3 und In2O3 für epitaktische Heterostrukturen, neue elektronische Bauelemente sowie für das fundamentale Verständnis der Bedeutung der Oberflächen als Adsorptionsschichten von Gassensoren.

• Fast Atom Diffraction from Superstructures on a Fe(110) Surface

  2009

  Physical Review Letters · DOI

  Fast atoms with energies from 500 eV up to several keV are grazingly scattered from a Fe(110) surface covered with defined superstructures of sulfur or oxygen atoms. For scattering along low index azimuthal directions, we observe defined diffraction patterns in the angular distributions for scattered projectiles. From the analysis of those patterns, we derive the widths of low indexed axial channels and the corrugation of the interaction potential across these channels. This allows us to estimate the positions of adsorbed atoms on the Fe(110) surface. By demonstration, for adsorbate induced superstructures on a metal surface, we show that fast atom diffraction, first observed for insulators, can be applied to studies on surface structures for a wide range of materials.

• Fast atom diffraction at metal surface

  2008

  Surface Science · DOI

• Surface Structure of Alanine on Cu(110) Studied by Fast Atom Diffraction

  2013

  Physical Review Letters · DOI

  We demonstrate that quantum scattering of fast atoms and molecules under grazing angles of incidence can be exploited to study the structure of organic molecules on metal surfaces. Making use of keV H and He atoms as well as H2 molecules, the surface structures of the chiral amino acid alanine adsorbed on a Cu(110) surface is studied. We present a detailed investigation on the (3×2) phase of a monolayer of enantiopure and racemic alanine on Cu(110), revealing the formation of an elongated surface unit cell of c(n×2) symmetry with n=3.16±0.04 for the sticking out methyl groups of the alanine molecules.