TY - THES A1 - Müller, Sebastian T1 - Synchrotron radiation spectroscopy studies of the initial interaction of Chromium and Cobalt with the surface of Titanium Dioxide T1 - Untersuchungen der Wechselwirkungen von Chrom und Cobalt mit Titandioxid-Oberflächen mit Synchrotronstrahlung N2 - 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. N2 - Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde Synchrotron-Strahlung zur spektroskopischen Charakterisierung von stöchiometrischen Rutil-Einkristallen und dünnen TiO2-Filmen, sowie der Untersuchung der Anfangsphasen des Wachstums von Chrom und Cobalt auf der Oberfläche von dünnen TiO2-Filmen, eingesetzt. Resonante Photoemission am sauberen Einkristall und am TiO2 Film zeigt Auger-ähnliche Emissionen an der Ti 2p Kante, deren kinetische Energien denen eines TiL2,3M4,5M4,5 Auger-Zerfallskanals entsprechen, was auf die Existenz des d2L2 Ladungstransferzustandes zurückgeführt wird. Die Resonanz des Ti L3M2,3V Auger-Kanals an der Ti L2-Kante läßt auf einen L2L3V Coster-Kronig Auger-Kanal schließen, der vom normalen L3M2,3V Auger gefolgt wird. Das Abscheiden von Chrom auf dem TiO2-Film führt zu einer Redox-Reaktion an der Grenzfläche, wobei TiO(2-x) durch Oxidation von Cr 0 zu Cr 3+ gebildet wird. Daneben tritt metallisches Chrom an der Oberfläche auf. In der Anfangsphase wird bei ultra-dünnen Bedeckungen eine weitergehende Oxidation der metallischen Komponente zu Cr2O3 beobachtet, die von einer Re-Oxidation des Substrates zu TiO2 begleitet wird. Die Reaktion an der Grenzfläche lässt sich auch im Valenzbandbereich verfolgen, wobei zwei Defektzustände in der Bandlücke auftreten. Resonante Photoemission an den Cr 2p und Ti 2p Kanten zeigt, dass beide Zustände einen voneinander unterscheidbaren Charakter als Cr 3d bzw. Ti 3d-artig aufweisen. Weiterhin gibt es Hinweise auf die Fähigkeit zur Selbstreinigung, was sich durch Verringerung der Oberflächenkontamination mit Kohlenstoff äußert, jedoch wurde der Einfluss des abgeschiedenen Chroms auf diese Eigenschaften nicht eingehend untersucht. Die Wechselwirkung zwischen Cobalt und TiO2 ist weniger stark als zwischen Chrom und TiO2. Dennoch wurde eine oxidierte Cobalt-Komponente neben der metallischen Komponente nachgewiesen, wobei der Oxidationszustand des Cobalt mittels Multiplett-Rechnung, die Ladungstransfer- und Ligandenfeldeffekte berücksichtigt, identifiziert wird. Die berechneten XAS und XPS-Spektren weisen dabei auf Co 2+ in einer tetraedrischen Koordinierung mit vier Sauerstoffatomen hin. Die metallische Cobalt-Komponente führt zu einer breiten Resonanz am Valenzband, die sich bis etwa -20 eV erstreckt, wobei ein deutlicher Satellit die oxidierte Komponente widerspiegelt. KW - Spektroskopie KW - Titandioxid KW - Atomare Multiplett-Rechnung KW - Resonante Photoemission KW - Metall-Metalloxid-Wechselwirkung KW - Titanium dioxide KW - Metal/metal-oxide interaction KW - Multiplet-calculation KW - Resonant photoemission Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-18914 ER - TY - THES A1 - Meyer, Moritz Andreas T1 - Effects of advanced process approaches on electromigration degradation of Cu on-chip interconnects T1 - Einfluss fortgeschrittener Herstellungsvarianten auf die durch Elektromigration hervorgerufene Degradation von Kupferleiterbahnen N2 - 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. N2 - In dieser Arbeit wird eine Methode zur direkten Beobachtung der Elektromigration (EM) in Cu-basierten Leitbahnen vorgestellt. Das experimentelle Verfahren basiert auf in-situ-Untersuchungen im Rasterelektronenmikroskop. Die Bildung und Weiterentwicklung von Hohlräumen in mehrlagigen Teststrukturen aufgrund von elektromigration kann in Echtzeit verfolgt werden. Unterschiedliche Leitbahntypen wurden auf diese Weise untersucht. Desweiteren wurden physikalische Analytikmethoden angewendet, um zusätzliche Informationen über das Gefüge und die Grenzflächen der Leitbahnen zu erhalten. Diese Informationen wurden mit den Beobachtungen aus den in-situ-Untersuchungen in Zusammenhang gebracht. Übereinstimmungen der experimentellen Ergebnisse mit aktuellen theoretischen Modellen wurden hervorgehoben. Drei Typen kupferbasierter Leitbahnen wurden untersucht. Herkömmliche Kupferleitbahnen wurden mit Aluminium-legierten (CuAl) und CoWP-beschichteten Leitbahnen verglichen. Die letzteren beiden Typen stellen potentielle Alternativen dar, die Zuverlässigkeit zukünftiger Leitbahnsysteme zu verbessern. Es zeigte sich, daß in solchen Leitbahnen nicht die obere Grenzfläche zur Passivierungsschicht den dominierenden Diffusionspfad bildet, wie das in herkömmlichen Leitbahnen der Fall ist. Statt dessen wurde die Hohlraumbildung an den Grenzflächen zur Diffusionbarriere beobachtet. Der Einfluß von Korngrenzen wurde nachgewiesen. Desweiteren zeigten die in-situ-Untersuchungen, daß sich die ersten Hohlräume nicht am Kathodenende der Leitbahnen bildeten, sondern einige Mikrometer davon entfernt. Die mittlere Lebensdauer von CuAl- und CoWP-beschichteten Leitbahnen war mindestens eine Größenordnung höher als die von Kupferleitbahnen. Die Verbesserungen wurden dem Vorhandensein von Fremdmetallatomen an der oberen Grenzfläche zur Passivierungsschicht zugeschrieben. Anhand von EBSD-Untersuchungen wurde das Gefüge der getesteten Leitbahnen analysiert. Die Ergebnisse wurden mit den in-situ-Untersuchungen in Zusammenhang gebracht. KW - Elektromigration KW - Elektromigration KW - Kupfer KW - Leiterbahn KW - In-situ KW - Gefüge KW - Electromigration KW - Cu interconnects KW - In-situ KW - Cu microstructure Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-3509 ER - TY - THES A1 - Tavakoli, Mohammad Hossein T1 - Numerical analysis of seeding process during Czochralski growth of oxide single crystals T1 - Numerische Analyse des Ankeimprozesses bei der Züchtung von Oxid-Einkristallen nach dem Czochralski-Verfahren N2 - 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. N2 - Eine Reihe zwei- und drei-dimensionaler Rechnungen für eine quasi-stationäre Situation des Ankeimprozesses bei der Czochralski-Züchtung (CZ) oxidischer Kristalle wurde mit Hilfe der Finite Elemente Methode (FEM) durchgeführt. Diese Simulation bezieht sich auf aktuelle Züchtungsversuche im Dielektrika-Labor des Institutes für Kristallzüchtung (IKZ), d.h. ausgehend von der induktiven Heizung der metallischen Teile (Tiegel, Nachheizer) sind die Strömungen in der Schmelze und im Gasraum, sowie die Temperaturverteilung in der gesamten Anlage berechnet worden. Es war das erklärte Ziel den Einfluss verschiedener Parameter, sowie Anordnung und Geometrie von Tiegel, Nachheizer und Isolation herauszuarbeiten. Insbesondere der Wechselwirkung zwischen der Rotationsrate des Keimes und der Form der Phasengrenze Keim/Schmelze wurde besondere Bedeutung geschenkt. Die Ergebnisse zeigen, dass Strömung und Temperaturverteilung im Gas stark durch Form und Position eines aktiven Nachheizers beeinflusst werden. Schliesslich ist es mit Hilfe der numerischen Simulation möglich die Form der Phasengrenze fest/flüssig genau zu bestimmen. KW - Kristallzüchtung KW - Czochralski-Verfahren KW - Czochralski-Verfahren KW - Ankeimprozess KW - Temperaturverteilung KW - Kristallzüchtung KW - Czochralski method KW - Seeding process KW - Heat transfer KW - Induction heating Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-145 ER - TY - THES A1 - Schulz, Detlev T1 - Wachstumsphänomene und Stickstoffdotierung bei der Sublimationszüchtung von 6H-Siliciumcarbid N2 - Die Keimoberfläche ist durch das Vorhandensein einer Störschicht charakterisiert, die durch die mechanische Kristallbearbeitung hervorgerufen wird. Diese Schicht kann die Ursache für zusätzliche Defekte sein. Die Untersuchungen der Oberflächenmorphologie zeigen, daß ein Überschuß an Silicium im Quellmaterial notwendig ist, um ein defektfreies Wachstum in den ersten Stadien zu ermöglichen. Sowohl ein Oxidationsschritt vor dem Wachstum als auch die Anwendung von fehlorientierten Keimen führten nicht zum gewünschten Stufenfluß. Im Konzentrationsbereich von 1x10^18 <= c_N (cm^-3) <= 3x10^19 wurden 6H-SiC-Einkristalle gezüchtet, sowohl auf (0001)- als auch (000-1)-Keimen. Der Einbau von Stickstoff bewirkt das Absinken der Wachstumsgeschwindigkeit, was mit dem ''site-competition''-Modell erklärt werden kann. Die Sättigung der Stickstoffkonzentration im Kristall in Abhängigkeit vom N_2/Ar-Verhältnis konnte durch eine Langmuir-Isotherme beschrieben werden. Die Polarität der Keimoberfläche beeinflußt den Stickstoffeinbau. Die Stickstoffkonzentration im gewachsenen Kristall ist auf der C-terminierten Fläche ca. doppelt so hoch wie auf der Si-terminierten. Es wurde gezeigt, daß die Oberflächenmorphologie zusätzlich zur Keimpolarität den Stickstoffeinbau beeinflußt. N2 - Normally, seed surfaces exhibit a surface damage layer caused by the wafer preparation. From this layer additional defects may originate. Investigating the crystal surfaces it could be shown, that only the use of excess silicon in the source material lead to a defect-free growth. Under the present thermodynamic conditions neither a subsequent oxidation of the polished seed nor employing off-oriented substrates prevented the defect formation. In the concentration range of 1x10^18 <= c_N (cm^-3) <=3x10^19 nitrogen doped 6H-SiC single crystals were grown on (0001)- or (000-1)-seeds respectively. In case of nitrogen doping a decrease of the growth rate due to site-competition was observed. The saturation of the nitrogen concentration in the crystal in dependence of the N_2/Ar ratio could be well described by Langmuir's adsorption theory. An influence of the growth face polarity on the nitrogen incorporation was found. The concentration in crystals grown on the C-terminated face is about twice that grown on the Si-terminated face. On the basis of the observed difference in the surface morphology it is assumed, that the growth mechanism influences the nitrogen incorporation additionally to the polarity. KW - Siliciumcarbid KW - Polytypie KW - Kristallzüchtung KW - Stickstoff KW - Dotierung KW - Siliciumcarbid KW - 6H-Polytyp KW - Einkristallzüchtung KW - Stickstoffeinbau KW - Oberflächenmorphologie Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000044 ER - TY - THES A1 - Klocek Jolanta, T1 - Processing and investigation of thin films with incorporated carbon species for possible application as low-k materials T1 - Herstellung und Untersuchung von dünnen kohlenstoffhaltigen Filmen und ihre mögliche Anwendung als Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante N2 - 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. N2 - In dieser Arbeit werden detaillierte Untersuchungen zur Herstellung und Stabilität von dünnen kohlenstoffhaltigen Filmen und ihre mögliche Anwendung als Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante (low k) präsentiert. Um komplexe Informationen über die chemischen, morphologischen und dielektrischen Eigenschaften der erzeugten Schichten zu erhalten, wurde eine Kombination verschiedener Methoden angewendet. Dabei kamen spektroskopische (Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie: XPS, Röntgen-Nahkanten-Absorptions-Spektroskopie: NEXAFS und Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie: FTIR), mikroskopische (Rasterkraftmikroskopie: AFM) und elektrische (Kapazitäts-Spannungs-Messungen: CV) Charakterisierungsmethoden zum Einsatz. Die Filme wurden mit verschiedenen Techniken aufgetragen: Verdampfung, Sprüh- und Tropfverfahren sowie Spin Coating. Bezüglich der möglichen low-k-Anwendung wurden hybride organisch-anorganische kohlenstoffhaltige Verbundwerkstoffe untersucht. Die Filme basieren auf 3-Aminopropyltrimethoxysilan (APTMS), das mit den folgenden Dotierungen angereichert wurde: C60 Fulleren, Phenyl-C61-Buttersäure-methylester (PCBM), Kupfer-Phthalocyanin (CuPc) und Tris (dimethylvinylsilyloxy)-POSS (POSS). Die vorliegende Dissertation stellt progressive Optimierungsschritte dar, mit denen eine allmähliche Verringerung der resultierenden Dielektrizitätskonstante des Hybrid-Materials erreicht wurde. Wie die durchgeführten Untersuchungen zeigen, erlaubt die Substitution von C60 in der APTMS Matrix durch sein besser lösliches Derivat PCBM die Erhöhung der Konzentration der Kohlenstoffspezies innerhalb der Schichten. Die Einführung von POSS als zusätzliche Dotierung führte zu einer Erhöhung der Resistenz des produzierten Materials gegen Umgebungseinflüsse. Jedoch wurden dabei ab bestimmten POSS-Konzentrationen (im Bereich von 0.3 %) Überladungen der Matrix mit dem Dotierstoff festgestellt, was sich in der Bildung fraktaler Strukturen widerspiegelte. Letztendlich erzielte die Kombination relativ niedriger Konzentration von CuPc und POSS-Molekülen (im Bereich von 0.1 %), die innerhalb der APTMS Matrix dispergiert wurden, die besten Ergebnisse und es konnten homogene Schichten mit einer ultra-niedrigen Dielektrizitätskonstante von 1.8 hergestellt werden. KW - Röntgen-Photoelektronenspektroskopie KW - Rasterkraftmikroskopie KW - Röntgen-Photoelektronenspektroskopie KW - Kapazität-Spannungs-Charakteristik KW - 3-Aminopropyltrimethoxysilan KW - Low-k-Materialien KW - Rasterkraftmikroskopie KW - X-ray photoelectron spectroscopy KW - Capacitance–voltage characterization KW - 3-Aminopropyltrimethoxysilane KW - Low-k materials KW - Atomic force microscopy Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-24358 ER - TY - THES A1 - Hofmann, Andreas T1 - Elektronische Struktur epitaktischer Chalkopyrite und deren Heterokontakte für die Photovoltaik T1 - Electronic structure of epitaxial Chalcopyrite surfaces and interfaces for photovoltaic applications N2 - Die vorliegende Arbeit stellt eine umfassende Studie der Oberflächenmorphologie, der elektronischen Struktur und der Heterokontakte epitaktischer CuInSe2-Schichten dar. Sämtliche Analysen wurden unter dem Aspekt der Stöchiometrievariation von CuInSe2 zu kupferarmem CuIn3Se5 durchgeführt. Diese Kombination aus nah-stöchiometrischem Chalkopyrit im Volumen des Absorbers und kupferarmer Defektverbindung im Bereich der Absorber-Puffer-Grenzfläche ist unter anderem für die außergewöhnlich hohe Effizienz der polykristallinen Solarzellen verantwortlich. Sämtliche Präparations- und Analyseschritte wurden im Ultrahochvakuum durchgeführt, um die Untersuchung hochdefinierter und kontaminationsfreier Oberflächen zu gewährleisten. Die Verwendung einkristalliner Proben ermöglicht die Bestimmung der Periodizität der Oberfläche mittels Beugung niederenergetischer Elektronen. Für die natürliche Wachstumsfläche der Chalkopyrite, die (112)-Oberfläche, 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-stöchiometrische 2 VCu-stabilisierte Oberfläche. Beide Konfigurationen stellen eine c(4x2)-Rekonstruktion gegenüber dem Zinkblendegitter dar und entsprechen somit der natürlichen Ordnung des Chalkopyritgitters. Die mit der Umordnung der Oberfläche verbundene Kupferanreicherung bzw. -verarmung konnte mittels Tiefenprofilierung der Elementkonzentration mit winkelaufgelöster XPS nachgewiesen werden. Für die Oberfläche der Defektverbindung CuIn3Se5 wurde eine Sphaleritordnung gefunden, was auf eine Abwesenheit der Chalkopyritordnung im Volumen des Materials hindeutet. Die ungewöhnliche Stabilität der (112)-Oberfläche konnte durch den Vergleich mit den Rekonstruktionen der (001)- und (220)-Fläche gezeigt werden. Die so gewonnen Kenntnisse hinsichtlich Präparation und Eigenschaften der Oberflächen wurde herangezogen, um die Valenzbandstruktur des CuInSe2 mit winkelaufgelöster Photoemission zu messen. An CuInSe2(001)-Proben sind die Hochsymmetrierichtung Gamma-T und Gamma-N des reziproken Raumes zugänglich. Der Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit Bandstrukturen der Dichtefunktionaltheorie offenbarte eine überraschend genaue Übereinstimmung. Deutliche Abweichungen, wie sie etwa für d-Elektronenzustände in Zn-VI-Verbindungen beobachtet werden treten in CuInSe2 nicht auf. Die Gegenüberstellung der nah-stöchiometrischen mit der Defektverbindung für Proben in (112)-Orientierung zeigte eine energetische Verbreiterung der Bänder durch eine erhöhte Defektdichte sowie eine Reduktion der Dispersion: Diese kann als erhöhte Lokalisation der elektronischen Zustände im Material mit hoher Defektdichte aufgefasst werden. Schließlich wurden für die Anwendung in der Photovoltaik relevante Grenzflächen des CuInSe2 untersucht. Hervorzuheben ist hier die Valenzbanddiskontinuität mit CuIn3Se5, die sich aus der Absenkung des Valenzbandmaximums durch die reduzierte p-d-Abstoßung in der Defektverbindung ergibt. Diese Diskontinuität wurde mit Photoemission an epitaktischen Schichten nachgewiesen und betrug 0.28 eV, in guter Übereinstimmung 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 Bandlücke in Folge der Grenzflächenausbildung führt 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. Unabhängig von der Zusammensetzung des Chalkopyritabsorbers bildet sich also eine CuIn3Se5/ZnSe-Grenzfläche zwischen Absorber und Fensterschicht aus. Die gefundenen Bandanpassungen zwischen CuInSe2 und ZnSe bzw. ZnO zeigen keine Orientierungsabhängigkeit und entsprechen den theoretischen Ergebnissen. Für den elektronischen Transport im Leitungsband ergibt sich eine vorteilhafte Situation. N2 - This thesis constitutes a comprehensive study of the surface physics of epitaxial CuInSe2 films. It comprises analyses of the surface morphology and reconstruction, electronic band structure as well as hetero-junctions relevant to photovoltaic applications. Therefore, especially the aspect of stoichiometry variation from the CuInSe2 to the copper-deficient defect phases was considered. Copper-poor phases are expected to occur near grain boundaries and interfaces of the chalcopyrite absorber in solar cells and are a key explanation for the extraordinary efficiency of polycrystalline devices. Preparation and analysis was completely performed under ultra-high vacuum conditions in order to ensure the investigation of well-defined samples free of contaminants. For some of the analysis techniques, single-crystalline samples are indispensable: They allow for the determination of surface periodicity by low-energy electron diffraction (LEED). In combination with concentration depth profiling by angle-resolved x-ray photoemission, to types of surface reconstructions could be distinguished for the near-stoichiometric CuInSe2(112) surface. In the copper-rich case, it is stabilized by CuIn anti-site defects and on the indium-rich side by 2 VCu defects, as predicted by surface total energy calculations by Jaffe and Zunger. Both configurations correspond to a c(4x2) reconstruction of the zinc blende type (111) surface. For the defect compound CuIn3Se5, a sphalerite order of the surface was found, which points at a weakening or absence of the chalcopyrite order in the bulk of the material. The unusual stability of the (112) surface could also be proven by comparison with the reconstruction and surface order of (001) and (220) surfaces. The results from surface analysis were used to measure the valence band structure of the epitaxial samples by synchrotron-based angle-resolved photoelectron spectroscopy. The CuInSe2(001) surface gives access to the high symmetry directions Gamma-T and Gamma-N of momentum space. Comparison of our experimental data with state-of-the-art band structure calculations showed agreement to large extent. Small deviations were, however, observed for the density of states gap associated with the Cu3d electron states. By contrasting the data obtained for the stoichiometric surface with the copper-poor defect compound, a reduction of the valence band dispersion and a broadening of electron states was observed, which can be understood as a higher localization of electronic states and lower crystal quality. In addition, a strong rearrangement of the copper partial density of states was shown. The intimate knowledge of the electric structure was then exploited to demonstrate the valence band discontinuity between CuInSe2 and CuIn3Se5. This can easily be understood as a lowering of the valence band maximum due to reduced p-d-repulsion in the copper-poor material. The analysis by photoemission yielded a valence band offset of 0.28 eV, again in reasonable agreement with theoretical results. The p-n-junction in chalcopyrite solar cells is situated near the absorber-buffer interface, which is therefore crucial for the device performance. In this thesis, ZnO deposited from metal-organic precursors on epitaxial CuInSe2 was investigated as cadmium-free buffer material. In the course of contact formation, the interfacial region of the absorber becomes depleted of copper. Additionally, a thin intrinsic ZnSe layer is formed, prior to the growth of ZnO. The derived band alignments show no dependence on the surface orientation of the chalcopyrite substrate and are consistent with theoretical results. The conduction band lineup is favorable for the application in solar cells. KW - Kupferkies KW - Elektronenstruktur KW - Grenzfläche KW - Photoemission KW - Photovoltaik KW - Chalkopyrit KW - Grenzfläche KW - Elektronische Struktur KW - Photoemission KW - Photovoltaics KW - Chalcopyrite KW - Interfaces KW - Elektronic structure KW - Photoelectron spectroscopy Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-24434 ER - TY - THES A1 - Calvet, Wolfram T1 - Präparation und in-situ Charakterisierung MBE-gewachsener Kupferindiumdisulfid-Schichten T1 - Preparation and in-situ characterisation of MBE-grown Copperindiumdisulfid-layers N2 - 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 Röntgenstrukturanalyse, Ionenrückstreuung und Photolumineszenz untersucht. Zunächst wurde die Bandanpassung des Si(111)/CuInS2(112)-Heteroübergangs bestimmt, wobei die Grenzfläche durch das Auftreten von Fremdphasen und durch Interdiffusion nicht ideal und stark gestört erscheint. Es wurde ein Grenzflächendipol von etwa 1 eV ermittelt. Der Vergleich der chemischen Zusammensetzung an der Filmoberfläche und im Filmvolumen deutet auf einen Konzentrationsgradienten in der Schicht hin. Unabhängig vom Cu/In-Verhältnis wurde eine schwefelarme Oberfläche gefunden. Zudem zeigen Cu-reiche CuInS2-Filme unabhängig von der Substratorientierung ein [112]-orientiertes Wachstum, wogegen im In-reichen Präparationsregime die Kristallorientierung des Substrates übernommen wird. N2 - The presented work is dealing with CuInS2-films prepared on single crystaline Si and GaAs substrates of different orientation using molecular beam epitaxy. For in-situ analysis, photoelectron spectroscopy and low energy electron diffraction were used. Ex-situ, the films were investigated with x-ray diffraction, Rutherford backscattering and photoluminescence. First of all, the band alignment of the Si(111)/CuInS2(112) heterocontact was determined. The interface seems not ideal and is strongly disturbed due to the occurence of additional phases and interdiffusion. An interface dipole of about 1 eV was measured. The comparision of the surface and the volume composition indicates a gradient in concentration within the CuInS2-layer. In both, the In-rich and the Cu-rich regime of preparation, a sulfur poor surface was found. On the other side, Cu-rich CuInS2-films were [112] orientated independently of the substrate orientation, whereas in the In-rich regime the crystal orientation of the substrate was adepted. KW - Kupferindiumsulfid KW - Dünne Schicht KW - Molekularstrahlepitaxie Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000242 ER - TY - THES A1 - Gerlich, Lukas T1 - In situ ARXPS Charakterisierung von tantalbasierten Barriereschichten T1 - In situ characterization of tantalum based barrier films N2 - Als eine Folge der Miniaturisierung aller integrierten elektrischen Bauteile wird der spezifische Widerstand der TaN/Ta Doppelsperrschichten ein zunehmend wichtiger Parameter für die Schaltgeschwindigkeit beim 32 nm Technologieknoten. In Rahmen dieser Arbeit wird die Optimierung der Abscheidung von TaN/Ta Stapeln durchgeführt, mit dem Ziel die Tantalnitridschichtdicke zu minimieren und das Tantal in der leitfähigeren 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 Abhängigkeit 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 für die Abscheidung auf SiO2. Demzufolge wächst alpha-Tantal vorzugsweise auf Tantalkarbid und stickstoffreichen Zwischenschichten, während Silizid an der Schnittstelle das Wachstum von beta-Tantal fördert. Um die Ergebnisse zu überprüfen, wurden zwei weitere Modifikationen des Interfaces untersucht. So wurde eine kleinere Bias-Leistung für eine Abscheidung von Tantalnitrid auf SiO2 benutzt, um die Rolle des Tantalsilizids zu bestätigen. Außerdem wurde eine thermische Behandlung einer dünnen Tantalschicht auf SiCOH durchgeführt, um die Rolle des Tantalkarbids zu bestätigen. Schließlich ergab die Kontaktwiderstandsmessung in Viaketten auf strukturierten Wafern für vier ausgewählte Prozesse tendenziell den gleichen Verlauf wie die Schichtwiderstandsergebnisse der entsprechenden Barrierenaufbauten der Experimente auf blanken Testwafern. N2 - As a consequence of device shrinking the resistivity of the widely used TaN/Ta double barrier layer becomes an increasingly important parameter for device speed beyond the 32nm technology node. In this study the optimization of the deposition of TaN/Ta stacks was performed in such a way that tantalum nitride layer thickness is minimized and tantalum grows in the favorable conducting alpha-phase. In the first part of the study in situ ARXPS was used to investigate the growth of different tantalum nitride layers on SiO2 and SiOCH as a function of deposition time, nitrogen flow and deposition power. In the second part the crystalline phase of 20 nm thick tantalum layers deposited on top of the same series of tantalum nitride layers characterized in the growth study was analyzed. The main findings are the appearance of tantalum carbide and tantalum silicide as interface species for the deposition on SiOCH and only tantalum silicide for the deposition on SiO2. So alpha-tantalum grows preferably on tantalum carbide and nitrogen rich intermediate layers whereas silicide at the interface promotes the growth of beta-tantalum. To verify these findings two additional modifications of the interface were studied. A lower bias power for a deposition of tantalum nitride on SiO2 was used to confirm the role of tantalum silicide and a thermal treatment of a thin tantalum layer on SiOCH was applied to confirm the role of tantalum carbide. Finally, the contact resistance in via chains on patterned wafers for four selected processes showed the same trends as the sheet resistance of the corresponding barrier films on blanket wafer experiments. KW - Photoelektronenspektroskopie KW - Tantal KW - ARXPS KW - Barriere KW - Interface KW - Tantalum KW - ARXPS KW - Barrier KW - Interface Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-28485 ER - TY - THES A1 - Meier, Ulrich T1 - Grenzflächenverhalten und Morphologie des ZnO/Si-Heterokontaktes N2 - Als Modellsystem für gleichrichtende Heterokontakte von Dünnschichtsolarzellen wurden polykristalline ZnO-Filme auf Si mittels Magnetron-Sputtern und metallorganischer Gasstrahldeposition (MOCBD) abgeschieden. Mit Photoelektronenspektroskopie wurden bis zu 3 chemische Grenzflächenkomponenten gefunden: SiOx, eine Willemit-artige Mischphase und reduziertes Zn0. Letzteres kann über die Sputterparameter Bias-Potenzial und O2-Partialdruck kontrolliert werden. Mit MOCBD wurden auf Si(111):H abrupte Heterokontakte präpariert. Ferner tritt an Korngrenzen und der Oberfläche Hydroxid auf. Dies kann durch Heizen entfernt werden. Während der Messungen traten energetische Verschiebungen der Spektren auf, die die Auswertung der Grenzflächenenergetik stören. Zur Erklärung wurde folgendes Modell entwickelt: In einem schnellen Oberflächenprozess 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 erhöht. N2 - As a model system for rectifying heterojunctions of thin film solar cells polycrystalline ZnO-films on Si were prepared by magnetron sputtering and metal organic chemical beam deposition (MOCBD). With photoelectron spectroscopy up to 3 chemical interface components were found: SiOx, a willemite-like mixed phase and reduced Zn0. The latter can be controlled with the sputter-deposition parameters Bias-potential and O2 partial pressure. With MOCBD abrupt heterojunctions were prepared on Si(111):H. In addition hydroxide occurs at grain boundaries and at the surface. It can be removed by heating. During the measurement energetic shifts were observed, that interfere with the analysis of the interface energetics. As an explanation the following model was developed: In a fast surface process photolysis of hydroxide occurs, which leads to H2O or mobile hydroxides that react with oxygen vacancies and lower the n-type doping. In the volume n-type doping is slowly increased by photolysis of ZnO. KW - Silicium KW - Zinkoxid KW - Magnetronsputtern KW - MOCVD-Verfahren KW - Photoelektronenspektroskopie KW - ZnO KW - Si KW - Interface reaction KW - XPS KW - PES Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000551 ER - TY - THES A1 - Schweizer, Stefan T1 - Dynamisches Verhalten von Silizium-Elektroden in Fluor-haltigen Elektrolyten N2 - Einige Effekte von Silizium sind bis heute ungeklärt. Dazu zählt Oxidation von hoch-dotiertem n-Si in Fluor-haltigen Säuren im Dunkeln. Diese Oxidation wurde erstmals systematisch untersucht und zur Grundlage eines Modells für Elektroneninjektion gemacht. Die angenommenen Oberflächenkomplexen erklären 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 für die Gestalt der Kennlinien ist. Schon 20mV/s ist für 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 gegenüber den bekannten Werten der nachfolgenden Oszillationspulse. Die Wasserstoff-terminierte Grenzfläche wird innerhalb weniger Zehntelsekunden oxidiert und passiviert. Alle nachfolgenden Strompulse können als weniger gut synchronisierte Oxidationen verstanden werden. N2 - Some effects of the well investigated element silicon are still under discussion. One of them is the oxidation of highly doped n-type silicon in the dark in acids containing fluorine. This oxidation was investigated systematically for the first time, and a model for the injection of electrons was established. The assumed surface complexes can explain the onset of the current-voltage-characteristics evidently. Further investigations to identify the complex and its energetic position are necessary. Cyclic voltammograms showed that the scan velocity of the potential is crucial for the shape of the cyclic voltammograms. Even a scan velocity of 20mV/s is too high to keep the system in a steady state. The appearance of hysteresises clearly show this correlation. The initial current is several times higher compared to the typical values of the following oscillation pulses. The hydrogen terminated interface is oxidized and hereby passivated within a few tenths of a second. All following current pulses could be recognized as imperfect synchronized oxidations. KW - Silicium KW - Elektrochemische Oxidation KW - Cyclovoltammetrie KW - Silizium KW - Oxidation KW - Voltammogramm KW - Injektion ; AFM Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000526 ER - TY - THES A1 - Städter, Matthias T1 - Untersuchungen zu Fanoresonanzen in der resonanten Photoelektronenspektroskopie T1 - Fanoresonances in the resonant photoelectron spectroscopy N2 - 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 Festkörper emittierter Elektronen. Die detektierten Elektronen können dabei aus direkten Photoemissionen oder Deaktivierungsprozessen (Spectator-/Participator-Zerfälle) nach resonanten Anregungen von Rumpfelektronen stammen. Führen beide Prozesse zum selben Systemendzustand, können die emittierten Elektronen interferieren, was sich in der Ausprägung eines charakteristischen Intensitätsprofils, dem Fano-Profil, äußert. Die Form des Intensitätsprofils kann dabei über 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 Zustände innerhalb der Bandlücke nachgewiesen werden. Durch die Untersuchungen am CuO konnte die Variation des Fanoparameters in Abhängigkeit vom Grundzustand des Systems gezeigt werden. Die für die untersuchten In2O3 Einristalle beobachteten Interferenzen beruhen auf der Existenz besetzter Zustände an der Fermienergie. Abschließend konnte eine Korrelation des jeweils auftretenden Fanoparameters mit den beobachteten multi-hole-Auger-Zerfällen nachgewiesen werden. N2 - In the framework of this thesis Fano-interferences within the scientific method of resonant photoemission spectroscopy are discussed. In photoemission spectroscopy electrons, emitted from the sample, are investigated. These emitted electrons can arise from different processes (direct photoemission, spectator/participator decays) within the deactivation of the sample after photon excitation. If more than one decay process leads to the same final state, the emitted electrons can interfere. This will, depending on the photon energy, result in a characteristic profile (Fano-profile) of the detected electron yield. The shape of these profile can be described by one parameter, the Fano-parameter q. In this thesis Fano profiles in organic (HOPG, Graphene-flakes) and oxidic (CuO, In2O3, SiO2) systems are discussed. From the analysis of the Fano profile in the organic systems the existence of excitonic states within the bandgap of the materials have been confirmed. For CuO a dependence of the Fano-profile from the ground state of the material is discussed. The investigation of In2O3 single crystals revealed the existence of filled states close to the Fermi energy in this material. Finally a correlation between the observed Fano parameters and the appearance of multi hole Auger decays was proven. KW - Fano KW - Fanointerferenzen KW - Festkörperphysik KW - In-gap Zustände KW - Resonante Photoelektronenspektroskopie KW - Fano-Effekt KW - Photoelektronenspektroskopie Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-31860 ER - TY - THES A1 - Sohal, Rakesh T1 - CVD growth of (001) and (111) 3C-SiC epilayers and their interface reactivity with praseodymium oxide dielectric layers T1 - CVD-Wachstum von (001) und (111) 3C-SiC Epi-Schichten und ihre Grenzflächenreaktivität mit dielektrischen Praseodymiumoxidschichten N2 - 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. N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wird das Wachstum und die Charakterisierung von 3C-SiC Filmen, deren Oxidation, sowie das darauf präparierte Pr-Silikat und die AlON abgeleitete Grenzfläche untersucht. Dünne 3C-SiC Filme wurden auf Si(001) und Si(111) Oberflächen mit Hilfe von Chemical Vapor Deposition Verfahren hergestellt. Vor dem eigentlichen SiC-Wachstum wurde eine SiC Zwischenschicht präpariert. Durch diese Buffer-Schicht wurde das epitaktische Wachstum von 3C-SiC auf Si(111) und Si(001) erst ermöglicht. Als optimale Präparationstemperaturen für 3C-SiC auf Si(111) und Si(001) konnten 1100°C und 1150°C gefunden werden. Im Verlaufe der Oxidation hat sich ein langsamer Stufenprozess mit moderaten Temperaturen als hilfreich erwiesen, um die Graphitisierung an der SiO2/SiC Grenzfläche zu minimieren. Sauberes, graphitfreies SiO2 konnte somit auf 3C-SiC mit Hilfe von Si-Evaporation und Heizen im Vakuum hergestellt werden. Für mögliche Anwendung von Pr2O3 auf Siliziumkarbid als high-k Dielektrikum wurden weiterhin Pr-Silikate und AlON untersucht. Praseodymium-Silikat konnte erfolgreich auf der SiO2 Oberfläche abgeschieden werden und gleichzeitig die Graphitisierung verhindert werden. Im Vergleich hierzu konnten sehr stabile Grenzflächen mit AlON hergestellt werden. Diese Grenzflächen bestehen hauptsächlich aus AlN mit Anteilen von Pr-Al Komplexen. Diese Schichten können als Reaktionsbarrieren zwischen Pr2O3 und SiC dienen und gleichzeitig den Band-Offset vergrößern. KW - Siliciumcarbid KW - Kristallfläche KW - Dielektrische Schicht KW - CVD-Verfahren KW - Oxidation KW - Oxidation Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-121 ER -