Studium
Praktikum Festkörperphysik

Modulbegleitendes Praktikum Festkörperphysik

Durchführung

Die Durchführung erfolgt nach unseren Praktikumsregeln, bei Fragen wenden Sie sich bitte an Dr. Tammo Block (Raum: 257, block@maphy.uni-hannover.de).


Wir wünschen Ihnen viel Spass und Erfolg!
Die Dozenten der Festkörperphysik

Termine im Wintersemester

Die Einteilung der Versuche für Bachlor erfolgt im Winter in der Vorlesung „Einführung in die Festkörperphysik“.

Studierende im Master melden sich bitte bei StudIP an, die Verteilung der Versuche erfolgt erst nach der Verteilung der Bachlorversuche via E-Mail.

Im Wintersemester 2019/20 gibt es vier Terminblöcke:

  • Block 1: 43. - 45. KW 2019
  • Block 2: 46. - 48. KW 2019
  • Block 3: 49. - 51. KW 2019
  • Block 4: 02. - 04. KW 2020
  • Block 5: 05. - 07. KW 2020
  • Block 6: 08. - 10. KW 2020

Termine im Sommersemester

Die Einteilung der Versuche für Bachelor und Master erfolgt im Sommer nach Anmeldung in StudIP.
Sie bekommen nach Beginn der Vorlesungszeit eine E-Mail von uns.

Im Sommersemester 2020 gibt es keine festen Terminblöcke. 


VERSUCHSBESCHREIBUNGEN UND ANLEITUNGEN

  • Resonante Tunneldioden

    Inhalt des Versuchs ist die Untersuchung von resonanten Tunneldioden. Resonantes Tunneln durch eine Doppelbarrierenstruktur beruht auf dem quantenmechanischen Tunneleffekt, der es ermöglicht, dass Ladungsträger dünne Barrieren - entgegen dem klassischen Verständnis - überwinden können.

    In diesem Praktikum werden resonante Tunneldioden aus Halbleitermaterialien (GaAs/AlAs) bei verschiedenen Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 4,2 K vermessen. Mithilfe von Strom-Spannungs Kennlinien können verschiedene Eigenschaften der Proben untersucht werden.

    Anleitung

    Kontaktperson: Marvin Dzinnik

  • Röntgenphotoemission

    Die Analyse der Morphologie und elektronischen Eigenschaften von Grenz- bzw. Oberflächen erfolgt mit Hilfe verschiedener Methoden (z.B. XPS, UPS, LEED, STM, AFM).  Die Photoelektronenspektroskopie (XPS,UPS) stellt eine der wichtigsten Methoden zur Untersuchung der chemischen Zusammensetzung, der Bindungsverhältnisse und der elektronischen Eigenschaften von Grenz- bzw. Oberflächen dar.  Je nach Anregungsenergie der Lichtquelle hin unterscheidet man zwischen UPS ("Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy") hν = 5eV bis 41eV und XPS ("X-Ray Photoelectron Spectroscopy") hν =100eV bis 1500eV. Die Informationstiefe dieser Methode liegt nur zwischen 5Å und 30Å, das entspricht etwa 2 bis 15 Atomlagen. Dieses Abhängigkeit lässt sich andererseits gezielt einsetzten um beispielsweise die Schichtdicke von Adsorbaten zu studieren.  Neben der Bestimmung der Bindungsenergie von Primärstrukturen, sollen innerhalb dieses Versuches auch Sekundäreffekte, wie z.B. Ghost-peaks, Shake-up, Shake-off, näher studiert werden.

    Anleitung

    Kontaktperson: Julian Koch

  • Analyse der Strom-Spannungs-Kennlinien von Solarzellen

    In diesem Versuch analysieren Sie industriell gefertigte Silizium-Solarzellen anhand von gemessenen  Strom-Spannungs-Kennlinien (I-V-Kurven). Dabei lernen Sie die Funktionsweise von Silizium-Solarzellen kennen und gewinnen Erfahrungen im Gebiet der Halbleiterphysik. Darüber hinaus lernen Sie die Programmierumgebung LabView kennen, die in vielen wissenschaftlichen und industriellen Anwendungen zum Einsatz kommt. Im ersten Teil des Versuches messen Sie die I-V Kennlinie der Solarzelle im Dunkeln, um ihre Rekombinationseigenschaften zu untersuchen. Anschließend messen Sie die I-V-Kennlinie unter Beleuchtung, um den Wirkungsgrad sowie einige andere Parameter zu bestimmen und zu interpretieren. Um die Kennlinien computergesteuert aufnehmen zu können, programmieren Sie selber in LabView die Ansteuerung des Messaufbaus. Zur Durchführung des Versuchs steht Ihnen Messequipment zur Verfügung, wie es in Forschungslaboren und der Industrie verwendet wird.

    Anleitung

    Kontaktperson: Carsten Schinke

  • Analyse der winkelabhängigen spektralen Lumineszenzemission von Silizium-Wafern

    Lumineszenzemission in Solarzellen ist der Umkehrprozess der Absorption von Licht unter Generation von elektrischen Ladungsträgern. Die Analyse der Lumineszenzemission gibt Aufschluss über verschiedene Eigenschaften der untersuchten Probe wie z.B. die Temperatur der Probe, Rekombination von Ladungsträgern, lokale Spannung oder die Rauhigkeit der Oberflächen.

    In diesem Versuch analysieren Sie die Elektro- und Photolumineszenzemission von Silizium-Solarzellen und Silizium-Wafern sowohl spektral aufgelöst unter Verwendung eines Spektrometers als auch ortsaufgelöst mit Hilfe einer Kamera. Dabei lernen Sie die Funktionsweise von Silizium-Solarzellen kennen und gewinnen Erfahrungen im Gebiet der Halbleiterphysik. Außerdem erlernen Sie den Umgang mit Diodenarray-Spektrometern und wissenschaftlichen Silizium-CCD-Kameras. Zur Durchführung des Versuchs steht Ihnen Messequipment zur Verfügung, wie es in Forschungslaboren und der Industrie verwendet wird.

    Anleitung

    Kontaktperson: Carsten Schinke

  • Analyse de Quanteneffizienz von Solarzellen

    Die Quanteneffizienz von Solarzellen beschreibt, welcher Anteil der auf die Solarzelle treffenden Photonen Elektron-Loch-Paare erzeugt, die zum generierten elektrischen Strom beitragen. Sie ist damit ein Maß sowohl für optische als auch elektrische Verluste, die in der Solarzelle auftreten. Die Bestimmung der Quanteneffizienz für verschiedene Wellenlängen gibt darüber hinaus Aufschluss über die elektrischen und optischen Eigenschaften verschiedener Bereiche der Solarzelle. Aus diesem Grund ist die Messung der Quanteneffizienz ein wichtiges Charakterisierungsverfahren, das vielfach in der Photovoltaik-Forschung und Industrie zum Einsatz kommt. In diesem Versuch bestimmen Sie die Quanteneffizienz verschiedener Solarzellentypen und interpretieren die Messkurven. Dabei lernen Sie die Funktionsweise von Silizium-Solarzellen kennen und gewinnen Erfahrungen im Gebiet der Halbleiterphysik. Zur Durchführung des Versuchs steht Ihnen Messequipment zur Verfügung, wie es in Forschungslaboren und der Industrie verwendet wird.

    Anleitung

    Kontaktperson: Carsten Schinke

  • Spindynamik in Halbleitern

    In diesem Versuch sollen Kenntnisse zur Halbleiterphysik, Optik und Spindynamik bei tiefen Temperaturen vermittelt werden. Ziel ist die Messung der Lebensdauer einer optischen Spinanregung im Magnetfeld in einem leicht mit Elektronen dotierten Halbleiter auf optischem Wege. Im ersten Teil des Versuches werden die optischen und polarisationsauflösenden Komponenten justiert. Anschließend kühlen Sie die Halbleiterprobe auf Heliumtemperatur ab und führen Untersuchungen bei tiefen Temperaturen durch. Analysiert wird die Intensität und die Polarisation der angeregten Photolumineszenz in Abhängigkeit eines von außen angelegten Magnetfeldes. Diese Methode ist bekannt als Hanle-Depolarisationsmessung.

    Anleitung

    Lasersicherheit

    Kontaktperson: Lida Abaspour

  • Quanten-Hall-Effekt

    Der Quanten-Hall-Effekt ist auch vier Jahrzehnte nach seiner Entdeckung Gegenstand der aktuellen Forschung. Insbesondere der fraktionale Quanten-Hall-Effekt ist in seiner theoretischen Beschreibung so anspruchsvoll, dass noch nicht alle experimentellen Ergebnisse verstanden sind.

    In diesem Praktikum werden die Grundlagen der Quanten-Hallphysik vorgestellt. Es wird ein Überblick über die Theorie gegeben sowie einen Einblick in die Probenherstellung. In eigenen Magnetotransportmessungen sollen die Eigenschaften der verwendeten Heterostrukturen untersucht und bestimmt werden.

    Anleitung

    Kontaktperson: Christopher Belke

  • Bestimmung und Veränderung der Oberflächenmorphologie mit einem Rasterkraftmikroskop

    Mit einem Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope - AFM) sollen verschiedene Oberflächen an Luft auf ihre Morphologie hin untersucht werden. Das AFM bietet zwar nicht die hohe Auflösung eines Rastertunnelmikroskops, ermöglicht jedoch die Untersuchung auch nichtleitender Materialien auf atomarer Skala.
    Der erste Teil des Versuchs dient der Einarbeitung in diese höchst empfindliche Messmethode. Im zweiten Teil können sowohl die Stufenstruktur von nichtleitenden Ionenkristallen und die Veränderung der Oberfläche durch die umgebende Atmosphäre bestimmt werden als auch gezielt Defekte eingebracht und vermessen werden.

    Anleitung

    Software

    Kontaktperson: Xin Cao

  • Kernspinresonanz in Festkörpern

    Die Kernspinresonanz (NMR) in Festkörpern wurde von E. Purcell und F. Bloch nahezu zeitgleich mittels unterschiedlicher Apparaturen im Labor entdeckt. Die Entdeckung führte zu spektroskopischen Methoden, die noch heute von Physikern, Chemikern, Geologen und Biologen benutzt wird, um Erkenntnisse über die mikroskopische Struktur der Materie zugewinnen. Eine Probe wird dazu in ein konstantes magnetisches Feld gebracht und elektromagnetische Wellen bestimmter Leistung und Energie eingestrahlt. Die Strahlung regt Übergänge zwischen Zuständen von Kernen im Material an, die elektrisch detektiert werden. Einzige physikalische Voraussetzung zur Anwendung dieser Methode ist dabei ein Kernspin ungleich null. Sie werden in diesem Versuch die Grundlagen der Kernspinresonanz selbstständig erarbeiten und mittels eines gepulsten Kernspinspektrometers praktische Erfahrungen im Labor sammeln. Auch die Untersuchung der räumlichen Struktur eigener Proben ist dabei möglich.

    Anleitung

    Kontaktperson: Eduard Sauter

  • Bestimmung der Oberflächenmorphologie mit einem Rastertunnelmikroskop

    Mit einem Rastertunnelmikroskop sollen verschiedene Oberflächen an Luft auf ihre Morphologie hin untersucht werden. Zur Einarbeitung stehen eine Goldaufdampfschicht und ein Graphitkristall mit frisch zu präparierender Oberfläche zur Untersuchung zur Verfügung; auf letzterem kann sogar an Luft eine atomare Auflösung erreicht werden. Im weiteren Verlauf des Versuches sollen andere Oberflächen (teilweise im Ultrahochvakuum) gezielt präpariert und dann mit dem STM charakterisiert werden.

    Anleitung

    Kontaktperson: Eddy Rugeramigabo