Matthias Schmidt

Space Charge Spectroscopy applied to Defect Studies in Ion-Implanted Zinc Oxide Thin Films

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Kurzfassung in Deutsch

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Erzeugung und Detektion von Defekten im Halbleiter Zinkoxyd (ZnO). Der Fokus liegt dabei auf der Verwendung raumladungszonenspektroskopischer Techniken zur Detektion und Charakterisierung elektronischer Defektzustände. Es werden theoretische Aspekte von Raumladungszonen an Halbleitergrenzflächen und den darin enthaltenen elektronischen Defektzuständen behandelt. Das elektrische Potential in der Raumladungszone genügt einer nichtlinearen, eindimensionalen Poissongleichung, für die bekannte, näherungsweise Lösungen vorgestellt werden. Für eine homogen dotierte Raumladungszone gelang es, die exakte Lösung des Potentialverlaufs
als Integral anzugeben und einen analytischen Ausdruck für die Kapazität
der Raumladungszone zu berechnen. Desweiteren werden transiente und oszillatorische Lösungen der Differentialgleichung zur Beschreibung der Zeitentwicklung der Besetzungswahrscheinlichkeit von Defektzuständen für verschiedene experimentelle Bedingungen betrachtet. Sämtliche raumladungszonenspektroskopischen Experimente können durch geeignete Lösungen dieser beiden Differentialgleichungen beschrieben werden. Für die Fälle, für die keine analytischen Lösungen bekannt sind, wurde ein numerisches Modell entwickelt. Die Experimente wurden an ZnO Dünnfilmproben durchgeführt, welche mittels gepulster Laserablation auf Korundsubstraten abgeschieden wurden. Zur Erzeugung von Defekten wurden entweder Ionen in die Proben implantiert, die Proben mit hochenergetischen Elektronen bzw. Protonen bestrahlt oder einer thermischen Behandlung unterzogen. Die Raumladungszonen wurden durch Schottkykontakte realisiert. Durch die raumladungszonenspektroskopischen Verfahren, Kapazitäts-Spannungs Messungen, Admittanzspektroskopie, Deep-Level Transient Spectroscopy (DLTS), Minority Carrier Transient Spectroscopy, optische DLTS, Photokapazitäts- und Photostrommessungen, sowie der optischen Kapazitäts-Spannungs Messung konnten Defektzustände in der gesamten ZnO Bandlücke nachgewiesen werden. Durch Vergleiche der gemessenen Defektkonzentrationen in einer unbehandelten Referenzprobe mit denen in behandelten Proben konnten Aussagen über die experimentellen Bedingungen, unter denen intrinsische Defekte entstehen bzw. ausheilen, gewonnen und mit Stickstoff- bzw. Nickel- in Zusammenhang stehende Defekte identifiziert werden. Für eine Vielzahl untersuchter Defektzustände konnten die thermische Aktivierungsenergie der Ladungsträgeremission, Querschnitte für den Einfang freier Ladungsträger sowie die spektralen Photoionisationsquerschnitte bestimmt werden. Aus diesen Eigenschaften sowie den experimentellen Bedingungen unter denen der Defekt bevorzugt gebildet wird, wurden Rückschlüsse auf die mikroskopische Struktur einiger Defekte gezogen.

weitere Metadaten

Schlagwörter
(Deutsch)
Halbleiter, Zinkoxid, ZnO, Defekt, tiefe Störstelle, Ionenimplantation, Raumladungszonenspektroskopie, DLTS, optische DLTS, ODLTS, elektronische Defektzustände, Nickel, Stickstoff
Schlagwörter
(Englisch)
semiconductor, zinc oxide, ZnO, defects, ion-implantation, space charge spectroscopy, DLTS, optical DLTS, ODLTS, deep defect center, deep-level, deep-level transient spectroscopy, electronic defect states, nickel, nitrogen
SWD SchlagworteHalbleiter, semiconductor, Zinkoxid, Raumladungsgebiet, Raumladungszone, Ionenimplantation, Defekt, defect, Deep Defect Center, tiefe Störstelle, Spektroskopie, Kapazitätsspektroskopie, Kapazitätsspektroskopie, Deep Level Transient Spectroscopy, DLTS, Kapazitätstransientenspektroskopie, Nickel, Stickstoff, nitrogen
DDC Klassifikation539
Institution(en) 
HochschuleUniversität Leipzig
FakultätFakultät für Physik und Geowissenschaften
ProfessurHalbleiterphysik
BetreuerDr. Holger von Wenckstern
PD Dr. habil. Rainer Pickenhain
Prof. Dr. Marius Grundmann
Dr. habil. Gerhard Brauer
GutachterProf. Dr. Marius Grundmann
Prof. Dr. Stephen J. Pearton
DokumententypDissertation
SpracheEnglisch
Tag d. Einreichung (bei der Fakultät)09.09.2011
Tag d. Verteidigung / Kolloquiums / Prüfung26.01.2012
Veröffentlichungsdatum (online)12.03.2012
persistente URNurn:nbn:de:bsz:15-qucosa-84485

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