Ammonothermal-Synthese binärer und multinärer Nitride, Amide und Imide von Ga, Al, Si und Ge

Ziele

In diesem Teilprojekt soll die Chemie der Hauptgruppenelemente Gallium, Silicium, Germanium und Aluminium in flüssigem und überkritischem Ammoniak detailliert erforscht werden. Ziel hierbei ist die Aufklärung des Bildungs-, Lösungs- und Kristallisationsverhaltens ternärer und höherer Nitridosilicate, Nitridogallate, Nitridogermanate und Nitridoaluminate. Die Reaktionen sollen unter Einwirkung verschiedener ammonobasischer und ammonosaurer Mineralisatoren sowie unter Verwendung von speziellen Hochdruck-Autoklaven unter ammonothermalen Bedingungen (überkritisches Ammoniak, max. 800 °C, 1.700 bar) in Abhängigkeit von Temperatur, Temperaturgradienten, Druck, Reaktionszeit sowie Konzentration der beteiligten Reaktionspartner genau studiert werden. Dabei auftretende Intermediate (z. B. Ammoniakate, Amide, Imide) sollen genauso wie die als Zwischen- oder Endprodukte erwarteten ternären oder multinären Nitride (oder Nitridimide) isoliert, identifiziert und strukturell sowie bezüglich ihrer Eigenschaften genau charakterisiert werden. Hierbei wird ein großes Augenmerk auf die optischen sowie elektronischen Eigenschaften dieser Nitride im Bezug auf Halbleitertechnik gesetzt. Die Untersuchungen sollen nicht nur eine grundlegende Kenntnislücke in der anorganischen Chemie wichtiger Hauptgruppenelemente schließen, sondern gleichzeitig quantitative Informationen über die notwendigen Bedingungen zur Synthese und Kristallzucht von technologisch bedeutenden ternären und höheren Nitridosilicaten, Nitridogallaten, Nitridogermanaten und Nitridoaluminaten wie zum Beispiel ZnSiN2 oder ZnGeN2 liefern. Desweiteren soll das Ammonothermalverfahren zur Synthese von Oxonitriden wie zum Beispiel LaTaON2 eingesetzt werden.

Das vor Jahrzehnten durch die wegweisenden Arbeiten von Prof. Herbert Jacobs entwickelte und in der Zwischenzeit fast wieder in Vergessenheit geratene Ammonothermalverfahren soll mit den Arbeiten dieser Forschergruppe und speziell mit diesem Teilprojekt wieder etabliert und weiterentwickelt werden. Die Ammonothermal-Synthese soll damit als synthetisches Werkzeug zur explorativen Erforschung, zur Synthese und Kristallzucht von Nitriden, Amiden, Imiden und Oxonitriden bereitgestellt werden und könnte somit für die gerade in jüngster Zeit sich stark entwickelnde Festkörper- und Materialchemie der Nitride eine ähnliche Bedeutung erlangen wie die Hydrothermalsynthese für die Darstellung oxidischer Verbindungen.