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Die elektrischen Eigenschaften von Indiumoxid-Dünnschichten: in-situ Hall-Effekt-Messungen zur Aufklärung des Einflusses von Punktdefekten und Korngrenzen
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Frischbier, Mareike V. |
| Copyright Year | 2015 |
| Abstract | Trotz des weit verbreiteten Einsatzes von Indiumoxid als transparentes, leitfahiges Material sind grundlegende Mechanismen zu dessen elektrischer Leitfahigkeit nicht verstanden. Insbesondere im Hinblick auf die Knappheit der Indium-Ressourcen ist ein Verstandnis der Leitungsprozesse jedoch erforderlich um alternative Materialien entwickeln zu konnen. Die elektrische Leitfahigkeit von undotiertem und dotiertem Indiumoxid wird masgeblich durch Defekte bestimmt. In dieser Arbeit wird sowohl der Einfluss von Punktdefekten, als auch der von Korngrenzen auf kathodenzerstaubte, polykristalline Indiumoxid-Dunnschichten untersucht. Die vorliegende Arbeit liefert einen Beitrag zum umfassenderen Verstandnis der Leitungsmechanismen, indem sie die Korngrenzstreuung als den die elektrische Leitfahigkeit masgeblich begrenzenden Streuprozess in polykristallinen Dunnschichten identifiziert und zudem zeigt, dass die Dotierelemente einen starken Einfluss auf die Korngrenzstreuung nehmen. Zur Bestimmung der Punktdefektchemie werden bei oxidischen Materialien in der Literatur ublicherweise Relaxationsmessungen der elektrischen Leitfahigkeit herangezogen, die in Abhangigkeit des Sauerstoffpartialdrucks gemessen werden. Hierbei wird grundsatzlich die Annahme gemacht, dass die Ladungstragerbeweglichkeit konstant ist. Diese falsche Annahme kann jedoch zur Fehlinterpretation der Daten im Hinblick auf die Punktdefektchemie fuhren. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit erstmals der direkte Einfluss des Sauerstoffpartialdrucks auf die Ladungstragerkonzentration und damit auch auf die Ladungstragerbeweglichkeit untersucht. Moglich wird dies durch einen neu entwickelten in-situ Hall-Effekt-Messplatz, welcher Messungen in Abhangigkeit von Temperatur, Sauerstoffpartialdruck und Gesamtdruck ermoglicht. Die Relaxationsmessungen zeigen, dass die Ladungstragerbeweglichkeit keineswegs konstant ist, sondern stark von der Ladungstragerkonzentration abhangt. Die Streuung der Ladungstrager an Korngrenzen nimmt dabei starken Einfluss auf das Materialverhalten. Neben dem Einfluss unterschiedlicher Dotierelemente und -konzentrationen wird der Einfluss der Parameter bei der Deposition (via Kathodenzerstaubung) der polykristallinen Dunnschichtproben untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Art der Dotierelemente und deren Konzentrationen neben der Ladungstragerkonzentration auch auf die -beweglichkeit auswirken. Die Resultate weisen zudem darauf hin, dass die Korngrenzstreuung fur die unterschiedlichen Dotierelemente unterschiedlich ausfallt. Die erhaltenen Ergebnisse motivieren eine genauere Betrachtung der Korngrenzstreuung aus einem experimentellen wie auch einem theoretischen Blickwinkel: Die energetischen Barrieren fur Ladungstrager an den Korngrenzen werden experimentell ermittelt und ein fur entartete Halbleiter gultiges Korngrenzstreumodell entwickelt. Ein Vergleich von gemessenen und berechneten Korngrenzbarrieren wird durchgefuhrt. Es zeigt sich, dass Dotierelemente wie Zinn, welche in Indiumoxid Akzeptordefekte ausbilden konnen, zu hoheren Barrieren fuhren als Elemente, die diese Eigenschaft nicht aufweisen (zum Beispiel Zirkonium). Hingegen wird eine Reduzierung der Barriere und somit eine Erhohung der Ladungstragerbeweglichkeit durch eine Wasserstoffdotierung erreicht. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind fur die Verwendung von dotierten Indiumoxid-Dunnschichten als Elektrodenmaterial und fur die Entwicklung alternativer Materialsysteme relevant. Die gewonnen Erkenntnisse ermoglichen ein Einstellen elektrischer und optischer Eigenschaften. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| DOI | 10.0253/tuprints-00004690 |
| Alternate Webpage(s) | http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/4690/1/ULB_Dissertation_Frischbier.pdf |
| Alternate Webpage(s) | https://doi.org/10.0253/tuprints-00004690 |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
