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"Unsere Ergebnisse erklären, warum es schwierig ist, die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitermaterialien durch Dotieren mit Stickstoff zu ändern", sagt Prof. Norbert Nickel vom HZB. Zu dieser Aussage kommt er aufgrund von Berechnungen, die sich aus der Dichtefunktionaltheorie ableiten. Nickels Berechnungen ergeben, dass das Stickstoffmolekül mit dem Zinkoxid-Gitter in Wechselwirkung tritt und dabei Bindungen zwischen Zink und Sauerstoff aufbricht. In der Folge entstehen im Kristallgitter Defekte, die zu einer verminderten elektri-schen Leitfähigkeit führen. "Dieser Reaktionsweg ist typisch für eine ganze Reihe von sogenannten Verbindungshalbleitern, zum Beispiel Magnesiumoxid oder Natriumchlorid", sagt Prof. Nickel. Verbindungshalbleiter werden in der Elektronik und Optoelektronik verwendet. Sie dienen als Basismaterialien, deren elektrische Leitfähigkeit durch den gezielten Einbau von Fremdatomen, das sogenannte Dotieren, erhöht werden kann. Dabei ist es nicht immer einfach, das Fremdatom an der richtigen Stelle im Kristallgitter des Halbleiters zu platzieren. Bislang ungeklärt blieb beispielsweise die im Experiment gefundene Tatsache, dass das Dotieren von Zinkoxid selbst mit hoher Stickstoffkonzentration kaum zu mehr Ladungsträgern im Kristall führt. Eine mögliche Antwort haben die Forscher um Prof. Nickel nun gegeben: die eingeschleusten Stickstoffatome finden sich im Inneren des Halbleiters zu Stickstoffmolekülen zusammen und diese treten in beschriebener Weise in Wechselwirkung mit dem Kristallgitter. "Zunächst einmal ist die Arbeit Grundlagenforschung. Sie liefert Erkenntnisse darüber, wie sich Stoffe verhalten und welchen Reaktionsmechanismen sie unterliegen", sagt Prof. Norbert Nickel. Doch darüber hinaus können die Erkenntnisse helfen, den Dotierprozess zu optimieren.
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