@phdthesis{Hofmann2011, author = {Hofmann, Andreas}, title = {Elektronische Struktur epitaktischer Chalkopyrite und deren Heterokontakte f{\"u}r die Photovoltaik}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-24434}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2011}, abstract = {Die vorliegende Arbeit stellt eine umfassende Studie der Oberfl{\"a}chenmorphologie, der elektronischen Struktur und der Heterokontakte epitaktischer CuInSe2-Schichten dar. S{\"a}mtliche Analysen wurden unter dem Aspekt der St{\"o}chiometrievariation von CuInSe2 zu kupferarmem CuIn3Se5 durchgef{\"u}hrt. Diese Kombination aus nah-st{\"o}chiometrischem Chalkopyrit im Volumen des Absorbers und kupferarmer Defektverbindung im Bereich der Absorber-Puffer-Grenzfl{\"a}che ist unter anderem f{\"u}r die außergew{\"o}hnlich hohe Effizienz der polykristallinen Solarzellen verantwortlich. S{\"a}mtliche Pr{\"a}parations- und Analyseschritte wurden im Ultrahochvakuum durchgef{\"u}hrt, um die Untersuchung hochdefinierter und kontaminationsfreier Oberfl{\"a}chen zu gew{\"a}hrleisten. Die Verwendung einkristalliner Proben erm{\"o}glicht die Bestimmung der Periodizit{\"a}t der Oberfl{\"a}che mittels Beugung niederenergetischer Elektronen. F{\"u}r die nat{\"u}rliche Wachstumsfl{\"a}che der Chalkopyrite, die (112)-Oberfl{\"a}che, konnten so beide von der Theorie als stabil vorhergesagten Rekonstruktionen nachgewiesen werden. Dabei handelte es sich um die kupferreiche, durch CuIn-Defekte stabilisierte sowie die nah-st{\"o}chiometrische 2 VCu-stabilisierte Oberfl{\"a}che. Beide Konfigurationen stellen eine c(4x2)-Rekonstruktion gegen{\"u}ber dem Zinkblendegitter dar und entsprechen somit der nat{\"u}rlichen Ordnung des Chalkopyritgitters. Die mit der Umordnung der Oberfl{\"a}che verbundene Kupferanreicherung bzw. -verarmung konnte mittels Tiefenprofilierung der Elementkonzentration mit winkelaufgel{\"o}ster XPS nachgewiesen werden. F{\"u}r die Oberfl{\"a}che der Defektverbindung CuIn3Se5 wurde eine Sphaleritordnung gefunden, was auf eine Abwesenheit der Chalkopyritordnung im Volumen des Materials hindeutet. Die ungew{\"o}hnliche Stabilit{\"a}t der (112)-Oberfl{\"a}che konnte durch den Vergleich mit den Rekonstruktionen der (001)- und (220)-Fl{\"a}che gezeigt werden. Die so gewonnen Kenntnisse hinsichtlich Pr{\"a}paration und Eigenschaften der Oberfl{\"a}chen wurde herangezogen, um die Valenzbandstruktur des CuInSe2 mit winkelaufgel{\"o}ster Photoemission zu messen. An CuInSe2(001)-Proben sind die Hochsymmetrierichtung Gamma-T und Gamma-N des reziproken Raumes zug{\"a}nglich. Der Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit Bandstrukturen der Dichtefunktionaltheorie offenbarte eine {\"u}berraschend genaue {\"U}bereinstimmung. Deutliche Abweichungen, wie sie etwa f{\"u}r d-Elektronenzust{\"a}nde in Zn-VI-Verbindungen beobachtet werden treten in CuInSe2 nicht auf. Die Gegen{\"u}berstellung der nah-st{\"o}chiometrischen mit der Defektverbindung f{\"u}r Proben in (112)-Orientierung zeigte eine energetische Verbreiterung der B{\"a}nder durch eine erh{\"o}hte Defektdichte sowie eine Reduktion der Dispersion: Diese kann als erh{\"o}hte Lokalisation der elektronischen Zust{\"a}nde im Material mit hoher Defektdichte aufgefasst werden. Schließlich wurden f{\"u}r die Anwendung in der Photovoltaik relevante Grenzfl{\"a}chen des CuInSe2 untersucht. Hervorzuheben ist hier die Valenzbanddiskontinuit{\"a}t mit CuIn3Se5, die sich aus der Absenkung des Valenzbandmaximums durch die reduzierte p-d-Abstoßung in der Defektverbindung ergibt. Diese Diskontinuit{\"a}t wurde mit Photoemission an epitaktischen Schichten nachgewiesen und betrug 0.28 eV, in guter {\"U}bereinstimmung mit Ergebnissen der Theorie. In direktem Kontakt mit dem Absorber steht die Pufferschicht, wobei als Cadmium-freie Alternative ZnO untersucht wurde, welches mittels metall-organischen Prekursoren abgeschieden wurde. Die Verschiebung des Fermi-Niveaus innerhalb der Bandl{\"u}cke in Folge der Grenzfl{\"a}chenausbildung f{\"u}hrt zur Bildung von Kupferfehlstellen im Absorber und damit zur Entstehung der kupferarmen Grenzschicht. Diese grenzt an eine nur ca. 1 nm dicke ZnSe-Schicht, welche der initiellen Wachstumsphase des ZnO entspricht. Unabh{\"a}ngig von der Zusammensetzung des Chalkopyritabsorbers bildet sich also eine CuIn3Se5/ZnSe-Grenzfl{\"a}che zwischen Absorber und Fensterschicht aus. Die gefundenen Bandanpassungen zwischen CuInSe2 und ZnSe bzw. ZnO zeigen keine Orientierungsabh{\"a}ngigkeit und entsprechen den theoretischen Ergebnissen. F{\"u}r den elektronischen Transport im Leitungsband ergibt sich eine vorteilhafte Situation.}, subject = {Kupferkies; Elektronenstruktur; Grenzfl{\"a}che; Photoemission; Photovoltaik; Chalkopyrit; Grenzfl{\"a}che; Elektronische Struktur; Photoemission; Photovoltaics; Chalcopyrite; Interfaces; Elektronic structure; Photoelectron spectroscopy}, language = {de} } @phdthesis{Niese2014, author = {Niese, Sven}, title = {Lab-based in-situ X-ray microscopy - methodical developments and applications in materials science and microelectronics}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35665}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2014}, abstract = {The method of microscopic imaging using X-rays and diffractive lenses was developed at synchrotron radiation facilities and it was recently transferred to systems with laboratory X-ray sources. The first part of this thesis focuses on instrumentation, in particular on the fabrication, characterization, and application of multilayer Laue lenses (MLL). The second part describes a micromechanical in-situ test that is used to study crack propagation with X-ray microscopy in microchips in a dedicated fracture mechanics experiment called micro double cantilever beam test (MicroDCB). MLLs were fabricated from WSi2/Si multilayer coatings using mechanical preparation and focused ion beam milling. Initial characterization of the obtained lenses using scanning electron microscopy and X-ray microscopy was used to evaluate the quality of the multilayer stack and particularly to identify geometrical imperfections of individual lens elements. Crossed partial MLLs were assembled as a compact lens device for two-dimensional operation, i.e. point focusing of synchrotron radiation or full-field transmission imaging. The optical properties were simulated using a geometrical optics approximation and a physical optics model. Experimental results verify full-field imaging using crossed partial MLLs with a focal length of 8.0 mm for Cu-Ka radiation in a laboratory X-ray microscope. Sub-100 nm resolution is shown and remaining aberrations are discussed. So-called wedged MLLs employ dynamic diffraction to increase the diffraction efficiency. A fabrication process is presented that allows a subsequent geometrical modification of the lens element using a stress layer. Thus, the wedged geometry is realized independently of the multilayer coating. The resulting layer tilt is measured using a laboratory X-ray microscope. First investigations of such wedged MLLs with synchrotron radiation at a photon energy E=15.25 keV show an enhancement of the diffraction efficiency of 57 \% in comparison to a tilted MLL with the same dimensions. The long working distance of the X-ray microscope facilitates the integration of customized equipment to perform in-situ experiments. The MicroDCB tester was designed and built to drive a crack in an appropriately prepared specimen. It is compatible with the X-ray microscope and it allows tomographic studies under load. In particular, the method was applied to investigate crack propagation in the on-chip interconnect stack of advanced microelectronics products. Stable crack propagation at this location was achieved. Subsequent tomographies were acquired at several load steps. The reconstructed datasets show no critical distortions. This test is assumed to provide valuable information about crack propagation such heterogeneous structures, what is of interest to address reliability issues.}, subject = {X-ray microscopy; Diffractive X-ray lens; Double cantilever beam test; R{\"o}ntgenmikroskopie; Diffraktive R{\"o}ntgenlinse; R{\"o}ntgenlinse; Rissausbreitung; R{\"o}ntgenmikroskopie}, language = {en} } @phdthesis{Mueller2010, author = {M{\"u}ller, Sebastian}, title = {Synchrotron radiation spectroscopy studies of the initial interaction of Chromium and Cobalt with the surface of Titanium Dioxide}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-18914}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2010}, abstract = {In the framework of this thesis, synchrotron radiation based spectroscopy methods are applied to study the electronic structures of stoichiometric Rutile single crystals and TiO2 thin films, and the initial stage of chromium and cobalt growth on TiO2 thin films. Resonance photoemission spectroscopy of clean TiO2 at the Ti L2,3 edges led to Auger-like features, with kinetic energies corresponding to the Ti L2,3M4,5M4,5 Auger decay channels. The presence of these features is assigned to origin from a d2L2 charge transfer state. The resonance of the Ti L3M2,3V Auger channel at the Ti L2 edge is assigned to the L2L3V Coster-Kronig Auger, followed by the normal L3M2,3V Auger decay. The deposition of chromium on the TiO2 film causes a strong interaction at the interface, in which TiO(2-x) is formed together with chromium in the Cr 3+ state. Besides the oxidized component, contribution of metallic chromium is found as well. In the ultra-low coverage regime, post-deposition oxidation is observed, in which metallic chromium is oxidized to Cr2O3, accompanied by re-oxidation of the substrate to TiO2. The interface reaction is also reflected by the appearance of two defect states in the band gap. Resonant photo-emission at the Cr 2p and Ti 2p edges shows well distinguishable Cr 3d respectively Ti 3d character of the respective states. Indications for self-cleaning properties are found by removal of surface carbon during storage in UHV, but the influence of chromium on these properties is not studied in detail. The interaction between cobalt and TiO2 is weaker than that of chromium and TiO2. Nevertheless, an interface reaction is found, in which some of the deposited cobalt is oxidized, while the oxide support is partly reduced. The particular oxidation state of Cobalt is identified by means of multiplet calculation including charge transfer and crystal field effects. The calculated XAS and XPS spectra indicate Co 2+ in a tetrahedral coordination with four oxygen atoms. The metallic component of cobalt gives rise to a broad resonance in the valence band down to -20 eV, with a pronounced satellite feature that reflects the oxidized component.}, subject = {Spektroskopie; Titandioxid; Atomare Multiplett-Rechnung; Resonante Photoemission; Metall-Metalloxid-Wechselwirkung; Titanium dioxide; Metal/metal-oxide interaction; Multiplet-calculation; Resonant photoemission}, language = {en} } @phdthesis{Sohal2006, author = {Sohal, Rakesh}, title = {CVD growth of (001) and (111) 3C-SiC epilayers and their interface reactivity with praseodymium oxide dielectric layers}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-121}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2006}, abstract = {In this work, growth and characterisation of 3C-SiC thin films, investigation of oxidation of thus prepared layers and Pr-silicate and AlON based interface with SiC have been studied. Chemical vapor deposition of 3C-SiC thin films on Si(001) and Si(111) substrates has been investigated. Prior to the actual SiC growth, preparation of initial buffer layers of SiC was done. Using such a buffer layer, epitaxial growth of 3C-SiC has been achieved on Si(111) and Si(001) substrates. The temperature of 1100°C and 1150°C has been determined to be the optimal temperature for 3C-SiC growth on Si (111) and Si(001) substrates respectively. The oxidation studies on SiC revealed that a slow oxidation process at moderate temperatures in steps was useful in reducing and suppressing the g-C at the SiO2/SiC interface. Clean, graphitefree SiO2 has been successfully grown on 3C-SiC by silicon evaporation and UHV anneal. For the application of high-k Pr2O3 on silicon carbide, plausible interlayer, Pr-Silicate and AlON, have been investigated. Praseodymium silicate has been prepared successfully completely consuming the SiO2 and simultaneously suppressing the graphitic carbon formation. A comparatively more stable interlayer using AlON has been achieved. This interlayer mainly consists of stable phases of AlN along with some amount of Pr-aluminates and CN. Such layers act as a reaction barrier between Pr2O3 and SiC, and simultaneously provide higher band offsets.}, subject = {Siliciumcarbid; Kristallfl{\"a}che; Dielektrische Schicht; CVD-Verfahren; Oxidation; Oxidation}, language = {en} } @phdthesis{Calvet2002, author = {Calvet, Wolfram}, title = {Pr{\"a}paration und in-situ Charakterisierung MBE-gewachsener Kupferindiumdisulfid-Schichten}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-000000242}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2002}, abstract = {Die vorliegende Arbeit behandelt CuInS2-Filme, die mittels Molekularstrahlepitaxie auf einkristallinen Si- und GaAs-Substraten unterschiedlicher Orientierung abgeschieden wurden. In-situ kamen dabei photoelektronenspektroskopische Analysemethoden und die Beugung niederenergetischer Elektronen zum Einsatz. Ex-situ wurden die Filme mittels R{\"o}ntgenstrukturanalyse, Ionenr{\"u}ckstreuung und Photolumineszenz untersucht. Zun{\"a}chst wurde die Bandanpassung des Si(111)/CuInS2(112)-Hetero{\"u}bergangs bestimmt, wobei die Grenzfl{\"a}che durch das Auftreten von Fremdphasen und durch Interdiffusion nicht ideal und stark gest{\"o}rt erscheint. Es wurde ein Grenzfl{\"a}chendipol von etwa 1 eV ermittelt. Der Vergleich der chemischen Zusammensetzung an der Filmoberfl{\"a}che und im Filmvolumen deutet auf einen Konzentrationsgradienten in der Schicht hin. Unabh{\"a}ngig vom Cu/In-Verh{\"a}ltnis wurde eine schwefelarme Oberfl{\"a}che gefunden. Zudem zeigen Cu-reiche CuInS2-Filme unabh{\"a}ngig von der Substratorientierung ein [112]-orientiertes Wachstum, wogegen im In-reichen Pr{\"a}parationsregime die Kristallorientierung des Substrates {\"u}bernommen wird.}, subject = {Kupferindiumsulfid; D{\"u}nne Schicht; Molekularstrahlepitaxie}, language = {de} } @phdthesis{Meier2004, author = {Meier, Ulrich}, title = {Grenzfl{\"a}chenverhalten und Morphologie des ZnO/Si-Heterokontaktes}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-000000551}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2004}, abstract = {Als Modellsystem f{\"u}r gleichrichtende Heterokontakte von D{\"u}nnschichtsolarzellen wurden polykristalline ZnO-Filme auf Si mittels Magnetron-Sputtern und metallorganischer Gasstrahldeposition (MOCBD) abgeschieden. Mit Photoelektronenspektroskopie wurden bis zu 3 chemische Grenzfl{\"a}chenkomponenten gefunden: SiOx, eine Willemit-artige Mischphase und reduziertes Zn0. Letzteres kann {\"u}ber die Sputterparameter Bias-Potenzial und O2-Partialdruck kontrolliert werden. Mit MOCBD wurden auf Si(111):H abrupte Heterokontakte pr{\"a}pariert. Ferner tritt an Korngrenzen und der Oberfl{\"a}che Hydroxid auf. Dies kann durch Heizen entfernt werden. W{\"a}hrend der Messungen traten energetische Verschiebungen der Spektren auf, die die Auswertung der Grenzfl{\"a}chenenergetik st{\"o}ren. Zur Erkl{\"a}rung wurde folgendes Modell entwickelt: In einem schnellen Oberfl{\"a}chenprozess findet Photolyse von Hydroxid statt, wodurch H2O oder mobile OH-Gruppen gebildet werden, die Sauerstoffvakanzen ausheilen und so die n-Dotierung vermindern. In einem langsameren Volumenprozess wird durch Photolyse von ZnO die n-Dotierung erh{\"o}ht.}, subject = {Silicium; Zinkoxid; Magnetronsputtern; MOCVD-Verfahren; Photoelektronenspektroskopie; ZnO; Si; Interface reaction; XPS; PES}, language = {de} } @phdthesis{Gerlich2012, author = {Gerlich, Lukas}, title = {In situ ARXPS Charakterisierung von tantalbasierten Barriereschichten}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-28485}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2012}, abstract = {Als eine Folge der Miniaturisierung aller integrierten elektrischen Bauteile wird der spezifische Widerstand der TaN/Ta Doppelsperrschichten ein zunehmend wichtiger Parameter f{\"u}r die Schaltgeschwindigkeit beim 32 nm Technologieknoten. In Rahmen dieser Arbeit wird die Optimierung der Abscheidung von TaN/Ta Stapeln durchgef{\"u}hrt, mit dem Ziel die Tantalnitridschichtdicke zu minimieren und das Tantal in der leitf{\"a}higeren alpha-Phase wachsen zu lassen. Im ersten Teil der Studie wurde in situ ARXPS verwendet, um das Wachstum von verschiedenen Tantalnitridschichten auf SiO2 und SiCOH in Abh{\"a}ngigkeit der Abscheidezeit, des Stickstoffflusses und der Abscheideleistung zu untersuchen. Im zweiten Teil wurde die kristalline Phase 20 nm dicken Tantal Schichten abgeschieden auf verschiedenen Tantalnitridschichten, die in der Wachstumsstudie vorgestellt worden sind, untersucht. Die wichtigsten Erkenntnisse sind das Auftreten von Tantalkarbid und Tantalsilizid als Zwischenschichtverbindungen bei der Abscheidung auf SiCOH und nur Tantalsilizid f{\"u}r die Abscheidung auf SiO2. Demzufolge w{\"a}chst alpha-Tantal vorzugsweise auf Tantalkarbid und stickstoffreichen Zwischenschichten, w{\"a}hrend Silizid an der Schnittstelle das Wachstum von beta-Tantal f{\"o}rdert. Um die Ergebnisse zu {\"u}berpr{\"u}fen, wurden zwei weitere Modifikationen des Interfaces untersucht. So wurde eine kleinere Bias-Leistung f{\"u}r eine Abscheidung von Tantalnitrid auf SiO2 benutzt, um die Rolle des Tantalsilizids zu best{\"a}tigen. Außerdem wurde eine thermische Behandlung einer d{\"u}nnen Tantalschicht auf SiCOH durchgef{\"u}hrt, um die Rolle des Tantalkarbids zu best{\"a}tigen. Schließlich ergab die Kontaktwiderstandsmessung in Viaketten auf strukturierten Wafern f{\"u}r vier ausgew{\"a}hlte Prozesse tendenziell den gleichen Verlauf wie die Schichtwiderstandsergebnisse der entsprechenden Barrierenaufbauten der Experimente auf blanken Testwafern.}, subject = {Photoelektronenspektroskopie; Tantal; ARXPS; Barriere; Interface; Tantalum; ARXPS; Barrier; Interface}, language = {de} } @phdthesis{Schweizer2004, author = {Schweizer, Stefan}, title = {Dynamisches Verhalten von Silizium-Elektroden in Fluor-haltigen Elektrolyten}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-000000526}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2004}, abstract = {Einige Effekte von Silizium sind bis heute ungekl{\"a}rt. Dazu z{\"a}hlt Oxidation von hoch-dotiertem n-Si in Fluor-haltigen S{\"a}uren im Dunkeln. Diese Oxidation wurde erstmals systematisch untersucht und zur Grundlage eines Modells f{\"u}r Elektroneninjektion gemacht. Die angenommenen Oberfl{\"a}chenkomplexen erkl{\"a}ren den Einsatz der Kennlinien. Weitere Untersuchungen zur Identifizierung des Komplexes sowie seiner energetischen Position bieten sich an. Mit zyklischen Voltammogrammen wurde gezeigt, dass die Vorschubgeschwindigkeit des Potentials entscheidend f{\"u}r die Gestalt der Kennlinien ist. Schon 20mV/s ist f{\"u}r das untersuchte System zu schnell, um einen Gleichgewichtszustand zu erreichen. Dies wird durch die Ausbildung von Hysteresen klar erkennbar. Der initielle Strompuls zeigt eine vielfache Stromdichte gegen{\"u}ber den bekannten Werten der nachfolgenden Oszillationspulse. Die Wasserstoff-terminierte Grenzfl{\"a}che wird innerhalb weniger Zehntelsekunden oxidiert und passiviert. Alle nachfolgenden Strompulse k{\"o}nnen als weniger gut synchronisierte Oxidationen verstanden werden.}, subject = {Silicium; Elektrochemische Oxidation; Cyclovoltammetrie; Silizium; Oxidation; Voltammogramm; Injektion ; AFM}, language = {de} } @phdthesis{Tavakoli2006, author = {Tavakoli, Mohammad Hossein}, title = {Numerical analysis of seeding process during Czochralski growth of oxide single crystals}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-145}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2006}, abstract = {A series of two-dimensional and three-dimensional quasi-steady state numerical simulations have been performed for the initial stages (seeding process) of the Czochralski (CZ) growth of oxide crystals using the finite element method (FEM). We have considered different cases and configurations with respect to real systems in the CZ-dielectrics laboratory of the Institute for Crystal Growth (IKZ). Using induction heating in metallic parts as heat source the fluid flow and temperature field were determined in the whole CZ system. The aim of these calculations was to investigate and reveal the effect of several parameters such as the geometry and location of an active afterheater with respect to the crucible, arrangement and design of thermal insulation, crucible bottom shape, and seed rotation rate on the flow and temperature field of the system and the seed-melt interface shape. The results demonstrate that the temperature and fluid flow in the gas domain is strongly affected by an active afterheater and its insulation as well as their geometry and position. The results also show the important role played by the seed rotation rate for influencing the shape of the seed-melt interface.}, subject = {Kristallz{\"u}chtung; Czochralski-Verfahren; Czochralski-Verfahren; Ankeimprozess; Temperaturverteilung; Kristallz{\"u}chtung; Czochralski method; Seeding process; Heat transfer; Induction heating}, language = {en} } @phdthesis{Goryachko2002, author = {Goryachko, Andriy}, title = {Investigations of perspective materials for aggressively scaled gate stacks and contact structures of MOS devices}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-000000342}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2002}, abstract = {The thesis discusses a fundamental question of reconstruction on the Si(100) surface as well as three material combinations, which are important for perspective microelectronics technologies: Si/Pr2O3/Si(100), W/WNx/poly-Si/SiO2/Si(100), and CoSix/Si(100). A refined mixed ad-dimer model is developed for the Si(100)-c(4´4) reconstruction on the basis of scanning tunnelling microscopy investigations. A thermal stability of Pr2O3/Si(100) and Si/Pr2O3/Si(100) structures is studied with ion sputtering assisted Auger electron spectroscopy. The latter technique is also applied for precise determination of O and N content in the new W/WNx/poly-Si/SiO2/Si(100) structure, and to study the preferential sputtering of Si in CoSi2, CoSi, and Co2Si phases on Si(100) surface. The WSix/poly-Si/SiO2/Si(100) system, which was previously used in microelectronics, is studied for comparison. The preferential sputtering of Si in WSix is shown to be qualitatively similar as in the CoSix case.}, subject = {Silicium; Kristallfl{\"a}che; Praseodymoxide; MOS Wolframnitride; D{\"u}nne Schicht; Silicon; Praseodymium oxide; Tungsten nitride; Tungsten silicide; Cobalt silicide}, language = {en} } @phdthesis{Mai2014, author = {Mai, Alexander}, title = {Aluminium based micro mirrors exposed to UV laser light - in situ performance and degradation}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-31497}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2014}, abstract = {The present thesis characterises aluminium based micro mirrors exposed to UV laser light. Such micro mirrors, used in highly integrated spatial light modulators, can for example be used as programmable masks in DUV micro lithography. Therefore they are sensitive to any performance loss arising from material degradation or changes in the mirror curvature. The key question addressed in this thesis is the investigation of the in situ curvature change, which means characterisation during a real laser irradiation. For this purpose a measuring station was designed, combining a phase-shift interferometer, an optical microscope and the laser irradiation of the sample at 248nm. The Phase-shift interferometry technique used is a very sensitive contactless optical measurement principle, which allows a resolution of the sample surface in the single-digit nanometer range. A multitude of irradiation tests were performed to describe the change of mirror curvature as a function of different irradiation parameters such as the pulse energy, the laser repetition rate or the ambient atmosphere. The most significant effect was detected by the variation of the applied pulse energy, which was in the range of 10⁻⁵J/cm²-10⁻²J/cm². A general conclusion was that a minimum energy of 10⁻⁵J/cm² at a repetition rate of 1kHz is required to detect any laser induced change of the mirror curvature. At higher energy levels two characteristic behaviours can be distinguished. Up to a level of 10⁻³J/cm² the mirrors show a permanent concave bowing in the range of λ/100. A further increase of the pulse energy causes an accumulating bowing in the opposite direction (convex) of λ/10 within some ten million laser pulses. However this convex bowing partially relaxes after the irradiation is stopped. Another aspect of the thesis was the determination of laser induced material degradation. For this purpose irradiated mirrors were investigated by means of different devices and analytical techniques such as atomic force microscopy (AFM), reflectometry and transmission electron microscopy (TEM). The AFM analysis showed a slight increase of surface roughness and a directional change of the grain size. As a result of the TEM analysis it turned out that arrangement and shape of the grains seems not to have changed. But after the irradiation the growth of a porous oxide layer up to 20nm on the upper mirror surface was noticed. Finally different hypotheses are proposed to explain the mechanisms behind the observed concave and convex bowing at particular pulse energies. In this connection it is assumed that the mirrors at pulse energies larger than 10⁻³J/cm² do not show a static bowing at all. It is rather assumed that the mirror bow oscillates with the laser repetition rate.}, subject = {SLM; Micro mirror array; MOEMS; Laser exposure; In situ; Kippspiegel; Aluminium; Ultraviolett-Bestrahlung; Laser; In situ; Mikrospiegel; Laserbestrahlung; MOEMS; SLM}, language = {en} } @phdthesis{Lupina2006, author = {Lupina, Grzegorz}, title = {Praseodymium Silicate high-k dielectrics on Si(001)}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-421}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2006}, abstract = {Aggressive scaling of the complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) transistors resulted in the silicon dioxide (SiO2) gate dielectrics being as thin as 1.2 nm in the state-of-the-art high performance transistors. In consequence, the leakage current due to direct tunneling of electrons through the gate oxide increased significantly resulting in an unacceptably high level of power dissipation. For this reason, it is very desirable to replace the SiO2 gate dielectric with an insulator of a higher dielectric constant (high-k). The higher dielectric constant allows for the use of physically thicker dielectric layers with high capacitance densities but strongly reduced tunneling currents. This work focuses on the preparation and characterization of Praseodymium silicate high-k dielectric layers on Si(001) and evaluates the potential of this material to replace SiO2 as a gate dielectric in the state-of-the-art and future CMOS technology generations.}, subject = {High-k dielectrics; Praseodymium silicate; XPS}, language = {en} } @phdthesis{Staedter2014, author = {St{\"a}dter, Matthias}, title = {Untersuchungen zu Fanoresonanzen in der resonanten Photoelektronenspektroskopie}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-31860}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2014}, abstract = {Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stehen die Untersuchung von Fanointerferenzen innerhalb der wissenschaftlichen Methode der resonanten Photoelektronenspektroskopie. Basis dieser Methode ist die Interpretation aus dem Festk{\"o}rper emittierter Elektronen. Die detektierten Elektronen k{\"o}nnen dabei aus direkten Photoemissionen oder Deaktivierungsprozessen (Spectator-/Participator-Zerf{\"a}lle) nach resonanten Anregungen von Rumpfelektronen stammen. F{\"u}hren beide Prozesse zum selben Systemendzustand, k{\"o}nnen die emittierten Elektronen interferieren, was sich in der Auspr{\"a}gung eines charakteristischen Intensit{\"a}tsprofils, dem Fano-Profil, {\"a}ußert. Die Form des Intensit{\"a}tsprofils kann dabei {\"u}ber den Fanoparameter q beschrieben werden. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte die Diskussion von Fanointerferenzen an organischen (HOPG, Graphenflocken) und oxidischen (CuO, In2O3, SiO2) Materialsystemen. Im HOPG und den untersuchten Graphenflocken konnten mittels der Analyse der Fanoprofile exzitonische Zust{\"a}nde innerhalb der Bandl{\"u}cke nachgewiesen werden. Durch die Untersuchungen am CuO konnte die Variation des Fanoparameters in Abh{\"a}ngigkeit vom Grundzustand des Systems gezeigt werden. Die f{\"u}r die untersuchten In2O3 Einristalle beobachteten Interferenzen beruhen auf der Existenz besetzter Zust{\"a}nde an der Fermienergie. Abschließend konnte eine Korrelation des jeweils auftretenden Fanoparameters mit den beobachteten multi-hole-Auger-Zerf{\"a}llen nachgewiesen werden.}, subject = {Fano; Fanointerferenzen; Festk{\"o}rperphysik; In-gap Zust{\"a}nde; Resonante Photoelektronenspektroskopie; Fano-Effekt; Photoelektronenspektroskopie}, language = {de} } @phdthesis{Schulz2001, author = {Schulz, Detlev}, title = {Wachstumsph{\"a}nomene und Stickstoffdotierung bei der Sublimationsz{\"u}chtung von 6H-Siliciumcarbid}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-000000044}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2001}, abstract = {Die Keimoberfl{\"a}che ist durch das Vorhandensein einer St{\"o}rschicht charakterisiert, die durch die mechanische Kristallbearbeitung hervorgerufen wird. Diese Schicht kann die Ursache f{\"u}r zus{\"a}tzliche Defekte sein. Die Untersuchungen der Oberfl{\"a}chenmorphologie zeigen, daß ein {\"U}berschuß an Silicium im Quellmaterial notwendig ist, um ein defektfreies Wachstum in den ersten Stadien zu erm{\"o}glichen. Sowohl ein Oxidationsschritt vor dem Wachstum als auch die Anwendung von fehlorientierten Keimen f{\"u}hrten nicht zum gew{\"u}nschten Stufenfluß. Im Konzentrationsbereich von 1x10^18 <= c_N (cm^-3) <= 3x10^19 wurden 6H-SiC-Einkristalle gez{\"u}chtet, sowohl auf (0001)- als auch (000-1)-Keimen. Der Einbau von Stickstoff bewirkt das Absinken der Wachstumsgeschwindigkeit, was mit dem ''site-competition''-Modell erkl{\"a}rt werden kann. Die S{\"a}ttigung der Stickstoffkonzentration im Kristall in Abh{\"a}ngigkeit vom N_2/Ar-Verh{\"a}ltnis konnte durch eine Langmuir-Isotherme beschrieben werden. Die Polarit{\"a}t der Keimoberfl{\"a}che beeinflußt den Stickstoffeinbau. Die Stickstoffkonzentration im gewachsenen Kristall ist auf der C-terminierten Fl{\"a}che ca. doppelt so hoch wie auf der Si-terminierten. Es wurde gezeigt, daß die Oberfl{\"a}chenmorphologie zus{\"a}tzlich zur Keimpolarit{\"a}t den Stickstoffeinbau beeinflußt.}, subject = {Siliciumcarbid; Polytypie; Kristallz{\"u}chtung; Stickstoff; Dotierung; Siliciumcarbid; 6H-Polytyp; Einkristallz{\"u}chtung; Stickstoffeinbau; Oberfl{\"a}chenmorphologie}, language = {de} } @phdthesis{Mandal2008, author = {Mandal, Dipankar}, title = {Ultra-thin films of a ferroelectric copolymer: P(VDF-TrFE)}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-5628}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2008}, abstract = {Spin-cast films of the ferroelectric copolymer P(VDF-TrFE) are attractive for various applications. For such films the question arises whether there exists a depending on film thickness of ferroelectric functionality. In this work, ultra-thin films of P(VDF-TrFE) up to 0.35nm of thickness have been successfully spin coated, which is quite promising in respect of low cost approach in the electronic industry. This thesis focuses on the preparation of the ultra-thin P(VDF-TrFE) copolymer film and its characterizations to find out a scientific guideline for the suitable application as a non-volatile memory element. Therefore, the ultra-thin film preparations have been investigated initially. Optimization of annealing parameters has been done to get the ferroelectric beta phase and thickness determination is also done carefully. The copolymer layer thickness could be determined down to about 0.35 nm. Photoelectron spectroscopy is used extensively for the characterization of the thin film. Eventually, longer time X-ray irradiation of the P(VDF-TrFE) sample may cause a phase change from ferroelectric to paraelectric. Therefore the X-ray irradiation time was also optimized. With photoelectron spectroscopy, the interface chemistry of the P(VDF-TrFE) copolymer and different electrode materials was studied. The interfaces aluminum/P(VDF-TrFE) and PEDOT:PSS/P(VDF-TrFE) are compared. PEDOT:PSS is a conducting polymer, Poly(3,4-ethylenedioxidethiophene): poly(styrenesulfonate). This data suggested that an interface layer is formed for electrodes, made of aluminum. An interface reaction occurs in both cases: for aluminum as top and as bottom electrode. In contract, the organic PEDOT:PSS electrode shows no chemical interaction with the P(VDF-TrFE) copolymer. The much lower reactivity of organic electrode, compare to aluminum, gives a direct hint to improved functional properties of thin organic ferroelectric films. In terms of a low cost approach for electronics, based on organic devices, the introduction of organic non volatile memories is of great importance. P(VDF-TrFE) copolymer is the material with a very hopeful perspective. In next part electrical measurements with P(VDF-TrFE) have been done. By capacitance voltage measurements, the ferroelectric behavior of the polymer by measurements at elevated temperatures (Curie-Point) is confirmed, a threshold for remanent poalrization for films below 100 nm is found, if aluminum electrodes are used, but with inert electrodes, a downscaling of a low coercitive field was possible down to ten nm. This is very important, because due to the high coercitive field of the copolymer (>50 MV/m), ultrathin films for low operation voltages are needed. A prerequisite for memory applications is a high retention time, this was also confirmed. By the help of Near edge X-ray Absorption Spectroscopy (NEXAFS) the possible ferroelectric dipole orientation have been also investigated. The average dipole orientation (perpendicular to the substrate) is observed up to 0.35 nm P(VDF-TrFE) copolymer films when PEDOT:PSS/Si substrate is used. The ferroelectric properties of ultrathin films down to a layer thickness of 10nm were characterized using spectroscopic (F1s NEXAFS) and electrical methods (Capacitance voltage). The results indicates an extrinsic switching mechanism with a much lower opera-tion voltage than for a collective intrinsic switching. Both independent methods agree that there is no critical thickness for spincoated copolymer films down to 10 nm, if an adapted system of electrodes is used.}, subject = {Grenzfl{\"a}chenchemie; Photoelektronenspektroskopie; Polymerfilm; Ultrad{\"u}nne Filme; Dipolorientierung; Nichtfl{\"u}chtige Speicher; P(VDF/TrFE) Copolymer; Ultra-thin film; Dipole orientation; Non volatile memory application; P(VDF/TrFE) copolymer}, language = {en} } @phdthesis{Dudek2011, author = {Dudek, Piotr}, title = {Atomic scale engineering of HfO2-based dielectrics for future DRAM applications}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-22775}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2011}, abstract = {Modern dielectrics in combination with appropriate metal electrodes have a great potential to solve many difficulties associated with continuing miniaturization process in the microelectronic industry. One significant branch of microelectronics incorporates dynamic random access memory (DRAM) market. The DRAM devices scaled for over 35 years starting from 4 kb density to several Gb nowadays. The scaling process led to the dielectric material thickness reduction, resulting in higher leakage current density, and as a consequence higher power consumption. As a possible solution for this problem, alternative dielectric materials with improved electrical and material science parameters were intensively studied by many research groups. The higher dielectric constant allows the use of physically thicker layers with high capacitance but strongly reduced leakage current density. This work focused on deposition and characterization of thin insulating layers. The material engineering process was based on Si cleanroom compatible HfO2 thin films deposited on TiN metal electrodes. A combined materials science and dielectric characterization study showed that Ba added HfO2 (BaHfO3) films and Ti added BaHfO3 (BaHf0.5Ti0.5O3) layers are promising candidates for future generation of state of the art DRAMs. In especial a strong increase of the dielectric permittivity k was achieved for thin films of cubic BaHfO3 (k~38) and BaHf0.5Ti0.5O3 (k~90) with respect to monoclinic HfO2 (k~19). Meanwhile the CET values scaled down to 1 nm for BaHfO3 and ~0.8 nm for BaHf0.5Ti0.5O3 with respect to HfO2 (CET=1.5 nm). The Hf4+ ions substitution in BaHfO3 by Ti4+ ions led to a significant decrease of thermal budget from 900°C for BaHfO3 to 700°C for BaHf0.5Ti0.5O3. Future studies need to focus on the use of appropriate metal electrodes (high work function) and on film deposition process (homogeneity) for better current leakage control.}, subject = {Mikroelektronik; Miniaturisierung; Dielektrikum; Elektrode; Metall; Dielektrika; Hoch-k Materialien; Untersuchung auf atomarer Skala; Dielectrics; High-k materials; Atomic Scale Engineering; HfO2-based materials; XPS}, language = {en} } @phdthesis{Karavaev2011, author = {Karavaev, Konstantin}, title = {In-situ Atomic Layer Deposition growth of Hf-oxide}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-22617}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2011}, abstract = {We have grown HfO2 on Si(001) by atomic layer deposition (ALD) using HfCl4, TEMAHf, TDMAHf and H2O as precursors. The early stages of the ALD were investigated with high-resolution photoelectron spectroscopy and x-ray absorption spectroscopy. We observed the changes occurring in the Si2p, O1s, Hf4f, Hf4d, and Cl2p (for HfCl4 experiment) core level lines after each ALD cycle up to the complete formation of two layers of HfO2. The investigation was carried out in-situ giving the possibility to determine the properties of the grown film after every ALD cycle or even after a half cycle. This work focused on the advantages of the in-situ approach in comparison to ex-situ experiments. The study provides to follow the evolution of the important properties of HfO2: contamination level, density and stoichiometry, and influence of the experimental parameters to the interface layer formation during ALD. Our investigation shows that the in-situ XPS approach for ALD gives much more information than ex-situ experiments.}, subject = {Atomlagenabscheidung; Atomlagenabscheidung; ALD; R{\"o}ntgen-Photoelektronenspektroskopie; XPS; HfO2; Atomic layer deposition; ALD; X-ray photoelectron spectroscopy; XPS; HfO2}, language = {en} } @phdthesis{Meyer2007, author = {Meyer, Moritz Andreas}, title = {Effects of advanced process approaches on electromigration degradation of Cu on-chip interconnects}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-3509}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2007}, abstract = {This thesis provides a methodology for the investigation of electromigration (EM) in Cu-based interconnects. An experimental framework based on in-situ scanning electron microscopy (SEM) investigations was developed for that purpose. It is capable to visualize the EM-induced void formation and evolution in multi-level test structures in real time. Different types of interconnects were investigated. Furthermore, stressed and unstressed samples were studied applying advanced physical analysis techniques in order to obtain additional information about the microstructure of the interconnects as well as interfaces and grain boundaries. These data were correlated to the observed degradation phenomena. Correlations of the experimental results to recently established theoretical models were highlighted. Three types of Cu-based interconnects were studied. Pure Cu interconnects were compared to Al-alloyed (CuAl) and CoWP-coated interconnects. The latter two represent potential approaches that address EM-related reliability concerns. It was found that in such interconnects the dominant diffusion path is no longer the Cu/capping layer interface for interconnects as in pure Cu interconnects. Instead, void nucleation occurs at the bottom Cu/barrier interface with significant effects from grain boundaries. Moreover, the in-situ investigations revealed that the initial void nucleation does not occur at the cathode end of the lines but several micrometers away from it. The mean times-to-failure of CuAl and CoWP-coated interconnects were increased by at least one order of magnitude compared to Cu interconnects. The improvements were attributed to the presence of foreign metal atoms at the Cu/capping layer interface. Post-mortem EBSD investigations were used to reveal the microstructure of the tested samples. The data were correlated to the in-situ observations.}, subject = {Elektromigration; Elektromigration; Kupfer; Leiterbahn; In-situ; Gef{\"u}ge; Electromigration; Cu interconnects; In-situ; Cu microstructure}, language = {en} } @phdthesis{Michling2013, author = {Michling, Marcel Frank}, title = {Spektroskopische Untersuchungen an organischen Materialien und Metalloxiden}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-29014}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2013}, abstract = {Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde mit Synchrotron-basierenden, optischen und Elektronen-basierenden Methoden die elektronischen Eigenschaften zweier unterschiedlicher Materialklassen untersucht. Der Fokus lag dabei im besonderen auf der Bestimmung der Größe der Bandl{\"u}cke/HOMO-LUMO-L{\"u}cke und ihre Abhängigkeit der verwendeten Methode. Die zwei unterschiedliche Materialklassen, welche untersucht wurden sind folgende: Erstens die organischen Systeme Cobalt-Phthalocyanin und Fulleren. An Ihnen wird der Einfluss der verwendeten Messmethoden aufgezeigt und die sich draus ergebenen HOMO- LUMO-L{\"u}cken (elektronisch, Volumen, Oberfläche, optisch) diskutiert. Es zeigt sich, dass die optische Methode (Ellipsometrie) generell den kleinsten Wert und die elektronischen Methoden (XPS, XAS) den größten Wert ergeben. Die Gr{\"u}nde daf{\"u}r werden ausf{\"u}hrlich diskutiert. Durch die Kombination von XPS- , XAS- und Ellipsometrie-Messungen war es möglich die Orientierung der aufgedampften CoPc-Molek{\"u}le auf den SiO2-Substrat zu bestimmen. Zweitens wurden die Metalloxide HfO2, Al2O3, In2O3 und Ga2O3 aufgrund ihrer großen technologischen Bedeutung untersucht. Mit Hilfe von ALD Zyklus-f{\"u}r-Zyklus Experimenten konnten die elektronischen Eigenschaften von HfO2 in Abhängigkeit der ALD- Zyklenzahl und das Wachstum von HfO2 in den ersten Zyklen studiert werden. Auf Basis der XPS- und EELS-Ergebnisse wurde ein Wachstumsmodell entwickelt. Es wird ebenfalls der Einfluss einer Dipolschicht an der Grenzfläche HfO2/SiO2 auf die Größe der Bandl{\"u}cke in den EELS-Messungen diskutiert. Mittels resonanten Photoemission wurde ein neuer Auger-Mechanismus (3-Loch-Auger-Prozess) in den Oxiden gefunden. Dieser hat seine Ursache in Defekten. Defekte f{\"u}hren auch zu einer Fano-Anti-Resonanz, welche an der O1s-Absorptions-Kante beobachtet und diskutiert wird.}, subject = {Spektroskopie; Metalloxide; Spektroskopie; Organik; Metalloxide; Bandl{\"u}cke; 3h-Auger; Spectroscopy; Organics; Metal oxides; Band gap; 3h-Auger}, language = {de} } @phdthesis{Richter2013, author = {Richter, Matthias Hermann}, title = {Excitons and Polarons in resonant Auger decay processes}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-29816}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2013}, abstract = {Im Rahmen dieser Arbeit wird die elektronische Struktur von organischen Halbleitern, Graphen und {\"U}bergangsmetall (TM)-Oxyden (Co-PI als Katalysator f{\"u}r die Wasserspaltung), unter Nutzung von Synchrotron-Strahlung basierter Spektroskopie, untersucht. Der Schwerpunkt liegt hierbei bei den exzitonischen und polaronischen Effekten. F{\"u}r eine genaue Beschreibung der elektronischen Struktur dieser Materialien m{\"u}ssen auch Elektron-Phonon- und Elektron-Elektron-Wechselwirkungen, sowie Polarisation und exzitonische Effekte in Betracht gezogen werden. Von Exzitonen und Polaronen als lokalisierte Bandl{\"u}ckenzust{\"a}nde ist bekannt, dass diese die optischen Materialeigenschaften beeinflussen k{\"o}nnen. Dieser Einfluss kann im resonanten Auger Zerfall aufgedeckt werden. Sogar in TM-Oxyden k{\"o}nnen Polaronen und Exzitonen als Konsequenz von einem Sauerstoff 2p nach TM3d Ladungstransfer beobachtet werden. Hierf{\"u}r sind die folgenden drei Materialklassen f{\"u}r die Untersuchungen des Einflusses von Exzitonen und Polaronen im resonanten Auger Zerfall ausgew{\"a}hlt worden. Erstens wird die Existenz von lokalisierten polaronischen und exzitonischen Zust{\"a}nden anhand von Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (rr-P3HT) und Phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) untersucht, welche als Lichtabsorber in organischen Solarzellen eingesetzt werden. Die Existenz von 2D-Polaronen, Singulett-Exzitonen und Triplett-Exzitonen wird f{\"u}r rr-P3HT belegt, wohingegen f{\"u}r PCBM nur Singulett-Exzitonen beobachtet werden. Singulett-Exzitonen zeigen ihren Einfluss auf den resonanten Auger Zerfall durch einen kombinierten Spectator-Participator (S+P) Auger Zerfall im π*-Band. Zweitens wird f{\"u}r eine ausf{\"u}hrliche Diskussion der (S+P) Zerf{\"a}lle hoch orientierter pyrolytischer Graphit (HOPG) untersucht. F{\"u}r Graphen, als eine Monolage HOPG, in dem keine Van-der-Waals-Kr{\"a}fte wirken, k{\"o}nnen weitere Kombinationen von Auger Zerf{\"a}llen beobachtet werden: ein Doppel Spectator (S+S) und ein Doppel Spectator (S+S)* Auger-Gain Zerfall im π*-Band. Drittens wird Co-PI (Kobaltoxyd-Verbindung) untersucht. Es handelt sich hierbei um ein TM-Oxyd welches als Katalysator f{\"u}r die Sauerstoffentwicklung in photoelektrochemischen Zellen verwendet wird. Selbst lokalisierte Exzitonen werden durch resonante Anregung eines Rumpfelektrons in einem selbst lokalisierten Lochzustand erzeugt und erm{\"o}glichen dadurch einen kombinierten Auger Zerfall (S+P). F{\"u}r jeden der neuartigen Auger Zerfallsprozesse {(S+P), (S+S) und (S+S)*} wird ein Zerfallsmodell vorgestellt.}, subject = {Exziton; Polaron; Auger-Effekt; Exziton; Polaron; Auger Zerfall; Exciton; Polaron; XAS; resPES; Auger decay}, language = {en} } @phdthesis{Lehmann2007, author = {Lehmann, Carsten}, title = {Elektronische Struktur d{\"u}nner Halbleiterfilme (Chalkopyrite) als Absorbermaterialien f{\"u}r D{\"u}nnschichtsolarzellen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-4319}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2007}, abstract = {Ziel der Arbeit war es, erstmalig die Bandstruktur des in D{\"u}nnschichtsolarzellen verwendeten Absorbermaterials CuInS2 zu bestimmen. Zu diesem Zweck konnte ein neues GSMBE-Verfahren mit TBDS als Schwefel-Precursor etabliert werden, um die Verwendung von elementarem Schwefel in einem UHV-System zu ersetzen. Zus{\"a}tzlich zu den abgeschiedenen Schichten wurde eine Spaltfl{\"a}che pr{\"a}pariert. Die Charakterisierung der Proben erfolgte in situ mittels XPS/UPS und LEED. F{\"u}r weitere ex situ Untersuchungen standen XRD und SEM zur Verf{\"u}gung. Die ARUPS-Untersuchungen zur Bestimmung der Bandstruktur fanden unter Verwendung von Synchrotronstrahlung statt. Die aufgenommenen Bandstrukturen wurden mit Bandstrukturberechnungen Eyerts und Zungers verglichen. Dabei gestattete eine Zusammenarbeit mit Eyert eine exakte Verifizierung jenseits hochsymmetrischer Verl{\"a}ufe. CuInS2(001) und CuInS2(112) wurden auf Si und GaAs abgeschieden und zeigte Wachstumsraten, die im Vergleich mit MBE-Verfahren {\"a}lterer Arbeiten um bis zu 85 \% geringer waren. Dies f{\"u}hrte auf Si zur Ausbildung von CuSi-Phasen, so dass sich Si als Substrat in diesem Verfahren als ungeeignet erwies. Die CuInS2-Abscheidung auf GaAs zeigte eine starke Abh{\"a}ngigkeit von der vorhandenen Oberfl{\"a}chenrekonstruktion. Eine 2x1-Rekonstruktion auf GaAs(100) f{\"u}hrte zu einer terrassierten CuInS2-Schicht. Eine Abscheidung auf der 2x2-rekonstruierten GaAs(111)A-Oberfl{\"a}che hatte eine facettierte CuInS2-Oberfl{\"a}che zur Folge. Auf schwefelpassiviertem, rekonstruktionsfreien GaAs(111)B zeigte sich dagegen facettenfreies CuInS2(112)-Wachstum in vorherrschender Chalkopyrit-Struktur. An den Oberfl{\"a}chen von Cu-reichen CuInS2-Schichten bildeten sich CuS-Kristallite. Diese polykristallinen Ablagerungen f{\"u}hrten bei ARUPS-Untersuchungen zu nicht-dispergierenden Zust{\"a}nden, die die Bandstrukturen der CuInS2-Schichten {\"u}berlagerten. Bei k-senkrecht-Messungen zeigte sich ein Zustand, dessen Dispersion stark von Berechnungen Eyerts abweicht. Sein Ursprung konnte nicht eindeutig abgeleitet werden konnte, da der Beobachtungsraum aufgrund von Endzustandseffekten und Satellitenst{\"o}rungen stark eingeschr{\"a}nkt war. Generell zeigt ein Vergleich der Berechnungen nach Eyert bzw. Zunger mit entsprechenden Messungen, dass beide Modellrechnungen zu Bindungsenergien f{\"u}hren, die gegen{\"u}ber den Messwerten zu niedrig sind. Die energetische Ausdehnung der charakteristischen Bereiche und deren Lage zueinander wird jedoch zutreffend beschrieben. Konsistent mit Beobachtungen in anderen Arbeiten an analogen Systemen erweist sich dabei die theoretische Behandlung der d-Zust{\"a}nde bei der Modellierung als kritisch. Die Bandl{\"u}cke zwischen d-Charakter-dominierten und p-Charakter-dominierten Bereich wird von Eyert {\"u}bersch{\"a}tzt, von Zunger dagegen untersch{\"a}tzt. Dies l{\"a}sst sich auf die verwendeten N{\"a}herungen (LDA (Zunger), GGA (Eyert)) des Austauschkorrelationspotentials zur{\"u}ckf{\"u}hren. Bei einer Anpassung der von Eyert berechneten Bandstrukturen durch einen geeigneten Energieoffset zeigten sich im Vergleich mit k-parallel-Messungen im Allgemeinen gute, nahezu perfekte {\"U}bereinstimmungen von beobachteten Dispersionsverl{\"a}ufen. Es konnten die effektiven Massen der L{\"o}cher f{\"u}r die k-parallel-Messungen bestimmt werden. Die Werte liegen in der Gr{\"o}ßenordnung des Literaturwertes, jedoch im Mittel bei doppelt so hohen Werten. Ein signifikanter, richtungsabh{\"a}ngiger Trend l{\"a}sst sich aufgrund der starken Streuung nicht feststellen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte ausserdem gezeigt werden, dass die Verwendung eines (111)-Substrates zu einer Dom{\"a}nenbildung aufwachsender CuInS2(112)-Schichten f{\"u}hrt. ARUPS-Messungen an derartigen Schichten bestehen daher aus einer {\"U}berlagerung von Bandstrukturen entlang unterschiedlicher Richtungen. F{\"u}r zuk{\"u}nftige Arbeiten bietet es sich daher an, die (111)-substratinduzierte Fehlorientierung von (112)-Schichten durch ein Step-Flow-Wachstum auf Substraten mit Miscut zu unterbinden.}, subject = {Photovoltaik; D{\"u}nnschichtsolarzelle; Bandstruktur; Chalkopyrit; ARUPS; CIS; DFT; Band structure; Chalcopyrite; ARUPS; CIS; DFT}, language = {de} } @phdthesis{KlocekJolanta2011, author = {Klocek Jolanta,}, title = {Processing and investigation of thin films with incorporated carbon species for possible application as low-k materials}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-24358}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2011}, abstract = {In this thesis the detailed investigations concerning processing and stability of thin films including carbon species and their possible application as materials of a low dielectric constant (low k) are presented. In order to gather a complex information regarding the chemical, morphological and dielectric properties of the produced layer a combination of the spectroscopy: X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), near edge X-ray absorption fine structure spectroscopy (NEXAFS) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), microscopy: atomic force microscopy (AFM) and electrical characterization: capacitance-voltage technique (CV) have been applied. The films deposited by means of variety of techniques have been described, ranging from evaporation, through spraying and dropping to spin-coating. Regarding the possible low-k application, a considerable attention has been paid to the hybrid organic-inorganic 3-aminopropyl-trimethoxysilane (APTMS) based composite materials enriched with carbon species coming from the following dopants: C60 fullerenes, [6,6]-phenyl-C61-butyric acid (PCBM), copper phthalocyanine (CuPc), and tris(dimethylvinylsilyloxy)-POSS (POSS). In the following thesis progressive steps leading to gradual decreasing of the resulting permittivity of the hybrid material is presented. As revealed by the performed investigations, the replacement of C60 within the APTMS based matrix by its better soluble derivative PCBM allows the increase of the concentration of the carbon species within the composite films. The introduction of POSS as an additional dopant gave the opportunity of increasing the resistance of the produced material against the ambient influence. With the excess of the POSS concentration an original fractal-shaped cluster formation has been observed. Finally, the dispersion of the properly chosen low concentration of CuPc and POSS molecules within the APTMS based matrix led to the fabrication of homogenous layer with an ultra-low dielectric constant of 1.8.}, subject = {R{\"o}ntgen-Photoelektronenspektroskopie; Rasterkraftmikroskopie; R{\"o}ntgen-Photoelektronenspektroskopie; Kapazit{\"a}t-Spannungs-Charakteristik; 3-Aminopropyltrimethoxysilan; Low-k-Materialien; Rasterkraftmikroskopie; X-ray photoelectron spectroscopy; Capacitance-voltage characterization; 3-Aminopropyltrimethoxysilane; Low-k materials; Atomic force microscopy}, language = {en} } @phdthesis{Zimmer2012, author = {Zimmer, Fabian}, title = {Herstellung und Charakterisierung hocheffizienter, mikromechanischer NIR-Beugungsgitter f{\"u}r den Einsatz in miniaturisierten Spektrometern}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-25224}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2012}, abstract = {Im heutigen Bereich der Analytik spielen optische Verfahren eine wichtige Rolle und kommen in unterschiedlichsten Anwendungen zum Einsatz. Vorteilhaft ist dabei die ber{\"u}hrungslose und zerst{\"o}rungsfreie Messung mit Licht, die die Analyse von kritischen Substanzen deutlich vereinfacht. Die optische Spektroskopie nimmt dabei einen wichtigen Teil der Analytik ein. Speziell die Nah-Infrarot (NIR)-Spektroskopie im Wellenl{\"a}ngenbereich von 780 nm bis 3000 nm weist zahlreiche Anwendungen auf, die von chemischen Reaktionen und Prozessanalysen, der Untersuchung von Polymeren und Textilien, der Qualit{\"a}tskontrolle von Fr{\"u}chten und Samen bis in die Medizintechnik reichen. Die hierf{\"u}r verwendeten NIR-Spektrometer sind {\"u}berwiegend als Spektrografen ausgelegt, wobei das dispersive Element fest eingebaut ist und das Spektrum {\"u}ber ein Galliumarsenid basiertes Diodenarray vermessen wird. Diodenarrays im NIR-Bereich sind kostenintensiv, tragen allerdings maßgeblich zur spektralen Aufl{\"o}sung der Spektrografen bei. Ein alternativer Ansatz ergibt sich durch Monochromatoren mit einem beweglichen dispersiven Element, wobei das Spektrum zeitabh{\"a}ngig {\"u}ber den Detektor streicht. Dadurch ist nur eine Einzeldiode als Detektor ausreichend. Die spektrale Aufl{\"o}sung ist in diesem Fall allerdings eine Funktion der zeitabh{\"a}ngigen Position des dispersiven Elements, die mit hoher Pr{\"a}zision kontrolliert und bestimmt werden muss. In Kombination mit schnellen Messzeiten eines Spektrums im Millisekunden-Bereich, ist eine makroskopische Realisierung sehr aufwendig. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich alternativ mit der Herstellung und Charakterisierung eines mikromechanischen NIR-Beugungsgitters, durch das ein neuartiges, miniaturisiertes NIR-Spektrometer, basierend auf einer Monochromator-Konfiguration, realisiert werden konnte. Das Beugungsgitter basiert dabei auf einem resonant schwingenden Mikrospiegel, der als mikroelektromechanisches System (MEMS) mittels siliziumbasierter, oberfl{\"a}chennaher Volumen-mikromechanik hergestellt wurde. Dabei konnte durch den Einsatz des mikromechanischen Beugungsgitters ein {\"a}ußerst kompaktes und robustes NIR-Spektrometer (10 x 8 x 7,5 cm³) entwickelt werden, das als Monochromator-System einen deutlichen Kostenvorteil gegen{\"u}ber derzeitigen NIR-Spektrografen erzielen kann. Erforderlich war hierbei, die Anforderungen an das mikromechanische Beugungsgitter zwingend an den Randbedingungen des NIR-Spektrometers zu spiegeln und mit Ihnen in {\"U}bereinstimmung zu bringen. Durch eine gezielte Dimensionierung und Optimierung der mechanischen und optischen Eigenschaften des mikromechanischen Beugungsgitters, zu der unter anderem die Gr{\"o}ße, Beugungseffizienz, Schwingungsfrequenz, Schwingungsstabilit{\"a}t, Schockfestigkeit und ein Verfahren zur Detektion des zeitabh{\"a}ngigen Torsionswinkels geh{\"o}rte, konnte eine spektrale Aufl{\"o}sung des NIR-Spektrometers von unter 10 nm bei einem Wellenl{\"a}ngenbereich von 900 - 2500 nm erreicht werden. Gleichzeitig wurden 3 verschiedene Gitterstrukturen zur Maximierung der Beugungseffizienz untersucht, erfolgreich hergestellt und vermessen.}, subject = {MEMS; Mikrooptik; NIR-Spektroskopie; Datenauswertung; Mikrosystemtechnik; MEMS; Mikrooptik; Mikrospiegel; Spektrometer; Microsystem technology; MEMS; Microoptics; Micromirror; Spectrometer}, language = {de} } @phdthesis{Neubauer2009, author = {Neubauer, Antje}, title = {Untersuchung der ultraschnellen Elektronentransferdynamik an organisch/anorganischen Grenzfl{\"a}chen unter Einsatz von Femtosekundenspektroskopie im Ultrahochvakuum}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-7858}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2009}, abstract = {Mittels fs-aufgel{\"o}ster transienter Absorptionsspektroskopie im Ultrahochvakuum wurde die lichtinduzierte, heterogene Elektronentransferdynamik organisch/anorganischer Hybridsysteme untersucht. Im Mittelpunkt standen dabei Untersuchungen der Dynamik der Elektroneninjektion und der Rekombination in Abh{\"a}ngigkeit von der Struktur einer Reihe systematisch ver{\"a}nderter Perylenderivate, die chemisch {\"u}ber eine Carbons{\"a}ure-Ankergruppe auf TiO2(Anatas)-Kolloidschichten gebunden wurden. Die molekulare Br{\"u}cke zwischen der Ankergruppe und dem Perylengrundchromophor dieser Farbstoffmolek{\"u}le wurde dabei sukzessive von einer bis auf f{\"u}nf konjugierte C-C-Doppelbindungen verl{\"a}ngert. Diese Hybridsysteme sollten im Hinblick auf photovoltaische Anwendungen die Vorteile einer schnellen Elektroneninjektion und einer langsamen Rekombinationsdynamik vereinen. Die {\"A}nderung der Struktur der Farbstoffmolek{\"u}le war verbunden mit {\"A}nderungen der photophysikalischen und elektronischen Eigenschaften der Molek{\"u}le, die im Vorfeld der transienten Absorptionsmessungen der Hybridsysteme im UHV mittels station{\"a}rer Absorptions- und Fluoreszenzmessungen in L{\"o}sung sowie mit Hilfe semiempirischer Rechnungen in der Gasphase detailliert untersucht wurden. F{\"u}r die spektrale Zuordnung der Signalbeitr{\"a}ge des Grundzustandes, des Kations und des angeregten Zustandes f{\"u}r die zeitaufgel{\"o}sten transienten Absorptionsmessungen der Hybridsysteme war die neue, experimentelle Realisierung eines Weißlichtaufbaus essentiell. Unter Ber{\"u}cksichtigung der {\"U}berlagerung der transienten Absorptionsbanden des angeregten Zustandes und des Kations konnten f{\"u}r die Elektroneninjektion der untersuchten Hybridsysteme ultraschnelle Injektionszeiten mit Zeitkonstanten kleiner 200 fs bestimmt werden. Die ultraschnelle Elektroneninjektion zeigte nur eine leichte Abh{\"a}ngigkeit von der L{\"a}nge der Br{\"u}cke und konnte durch eine starke, elektronische Kopplung zwischen dem angeregten Zustand der Molek{\"u}le und dem Leitungsband des Halbleiters erkl{\"a}rt werden. Diese Hypothese konnte durch station{\"a}re Absorptionsmessungen der Hybridsysteme sowie anhand semiempirischer Berechnungen der ungebundenen Molek{\"u}le in der Gasphase unterlegt werden. Letztere ergaben, dass unabh{\"a}ngig von der L{\"a}nge der Br{\"u}cke die Elektronendichte der LUMOs {\"u}ber die gesamte Br{\"u}cke delokalisiert war. Im Gegensatz zur Injektionsdynamik wurde eine deutliche Verlangsamung der Rekombination mit zunehmender L{\"a}nge der konjugierten C-C-Doppelbindungskette beobachtet. Im Bereich bis ca. 1 Nanosekunde regenerierte sich die Besetzung des Grundzustandes auf ca. 50, 70 bzw. 90\% f{\"u}r die Hybridsysteme mit einer, drei bzw. f{\"u}nf konjugierten C-C-Doppelbindungen in der Br{\"u}cke. Diese Verlangsamung der Rekombinationsdynamik wurde haupts{\"a}chlich auf einen zunehmenden r{\"a}umlichen Abstand zwischen dem Halbleiter und den bei der Rekombination wechselwirkenden Molek{\"u}lorbitalen der Farbstoffkationen zur{\"u}ckgef{\"u}hrt.}, subject = {Halbleiteroberfl{\"a}che; Perylen; Synthetischer Farbstoff; Absorptionsspektroskopie; Elektronentransfer; Lichtinduzierter Elektronentransfer; Ultraschnelle Dynamik; Perylenfarbstoff-Halbleiter-Grenzfl{\"a}che; Transiente Absorption; Photoinduced electron transfer; Ultrafast dynamics; Perylene dye-semiconductor interface; Transient absorption}, language = {de} }