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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-80833
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8083/


Sorgenfrei, Tina

Untersuchungen zum Dotieren mit Molekülen an ZnO-Schichten gewachsen mittels MBE

Investigation of doping MBE ZnO thin films using oxide molecules

Dokument1.pdf (12.824 KB) (md5sum: a55685915318d68e73a24b141fe62877)

Kurzfassung in Deutsch

In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss der Wachstumsparameter und der Dotierung auf die Eigenschaften von Zinkoxid-Schichten untersucht. Dabei werden sowohl strukturelle und morphologische Aspekte, als auch elektrische und optische Eigenschaften betrachtet und diskutiert. Die Abscheidung der Schichten erfolgte mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) und sowohl homoepitaktisch, als auch heteroepitaktisch auf Al2O3-Substraten verschiedener Orientierung.
In den ersten Versuchsreihen wurden die Wachstumsparameter hinsichtlich der strukturellen Qualität und der Morphogie untersucht und optimiert. Das anfängliche Auftreten von fehlorientierten Domänen (30°-Rotationsdomänen) konnte durch die Einstellung des II/VI-Verhältnisses während des Wachstums reproduzierbar verhindert werden. Die so ermittelten Wachstumsparameter wurden auf das Wachstum dotierter Schichten angewendet.
Ein besonderes Augenmerk wurde dabei auf die bislang nicht untersuchte Dotierung
durch einen oxidischen Ausgangstoff, genauer As2O3, gelegt. Das As2O3 wurde verdampft und im O-Plasma in Fragmente zerlegt. Durch verschiedene Experimente und anschließende SIMS-Untersuchungen wurden die Parameter für den maximalen Dotierstoffeinbau erfasst. So konnten ZnO-Schichten mit einem Dotierstoffgehalt von 2x10^18 cm-3 hergestellt werden. Mit Hilfe von Van-der-Pauw- und Hallmessungen in Kombination mit chemischer Analyse der Schichten, konnte ein Autodoping der Schichten mit Al, einem bekannten Donator in ZnO, durch den Tiegel der Plasmaquelle nachgewiesen werden. Über Photolumineszenzmessungen konnten intrinsische Defekte zugeordnet werden, die Donatorzustände im ZnO hervorrufen. Durch den Tausch des Tiegelmaterials und post-growth Tempern wurde p-Leitung mit einer Ladungsträgerkonzentration von
3,6x10^14 cm-3 und einer Beweglichkeit von 38 cm²/Vs in ZnO erreicht.


Kurzfassung in Englisch

In the present work the influences of different growth parameters and doping on the properties of zinc oxide thin films are investigated. Structural and morphological aspects as well as electrical and optical properties are determined and discussed. The growth experiments were carried out by using the molecular beam epitaxy method (MBE). Films were grown both, homoepitaxially and heteroepitaxially on alumina substrates having different orientations.
In first experiments, the growth parameters were optimized regarding structural quality and morphology. The initial formation of 30° rotation domains was successfully and reproducibly suppressed by an improvement of the II-VI ratio during growth. The determined parameters and calibrations were adopted on the growth of doped ZnO films. For the first time, the doping with molecular fragments of an oxidic source material (As2O3) was investigated and then compared with elemental doped ZnO films (ZnO:As). Therefore, the As2O3 was evaporated and then cracked in an oxygen plasma. The parameters for a maximum dopant incorporation were determined in a series of experiments with subsequent SIMS measurements. A high incorporation rate of arsenic with concentrations of 2x10^18 cm-3 could be achieved. Hall measurements combined with chemical analysis revealed autodoping with aluminum, a prominent donor in ZnO. As origin of this impurity the plasma source discharge tube (Al2O3) was identified. Photoluminescence measurements and post growth annealing experiments in oxygen atmosphere revealed that intrinsic defects are responsible for additional different donor states in ZnO. By changing the discharge tube material to magnesia (MgO) and additional post growth annealing weak p-type conduction with a carrier concentration of 3.6x10^14 cm-3 in ZnO:As was achieved.


SWD-Schlagwörter: Molekularstrahlepitaxie , Zinkoxid , Wide-gap-Halbleiter , Dotierter Halbleiter , Charakterisierung , Photolumineszenz , Sekundärionen-Massenspektrome
Freie Schlagwörter (englisch): molecular beam epitaxy , zinc oxide , thin film , semiconductor , doping
PACS Klassifikation 61.72.uj , 61.72.uf , 77.55.hf , 81.15.Hi
Institut: Freiburger Materialforschungszentrum
Fakultät: Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Fiederle, Michael (PD Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 21.03.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 09.05.2011
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