Grenzflächenverhalten und Morphologie des ZnO/Si-Heterokontaktes

  • 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 durchAls 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.show moreshow less
  • 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.

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Metadaten
Author: Ulrich Meier
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-000000551
Referee / Advisor:Prof. Dr. Dieter Schmeißer
Document Type:Doctoral thesis
Language:German
Year of Completion:2004
Date of final exam:2004/06/28
Release Date:2007/03/05
Tag:Interface reaction; PES; Si; XPS; ZnO
GND Keyword:Silicium; Zinkoxid; Magnetronsputtern; MOCVD-Verfahren; Photoelektronenspektroskopie
Institutes:Fakultät 1 MINT - Mathematik, Informatik, Physik, Elektro- und Informationstechnik / FG Angewandte Physik und Halbleiterspektroskopie
Institution name at the time of publication:Fakultät für Mathematik, Naturwissenschaften und Informatik (eBTU) / LS Angewandte Physik / Sensorik
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