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Im heutigen Bereich der Analytik spielen optische Verfahren eine wichtige Rolle und kommen in unterschiedlichsten Anwendungen zum Einsatz. Vorteilhaft ist dabei die berührungslose und zerstörungsfreie 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 Wellenlängenbereich von 780 nm bis 3000 nm weist zahlreiche Anwendungen auf, die von chemischen Reaktionen und Prozessanalysen, der Untersuchung von Polymeren und Textilien, der Qualitätskontrolle von Früchten und Samen bis in die Medizintechnik reichen. Die hierfür verwendeten NIR-Spektrometer sind überwiegend als Spektrografen ausgelegt, wobei das dispersive Element fest eingebaut ist und das Spektrum über ein Galliumarsenid basiertes Diodenarray vermessen wird. Diodenarrays im NIR-Bereich sind kostenintensiv, tragen allerdings maßgeblich zur spektralen Auflösung der Spektrografen bei. Ein alternativer Ansatz ergibt sich durch Monochromatoren mit einem beweglichen dispersiven Element, wobei das Spektrum zeitabhängig über den Detektor streicht. Dadurch ist nur eine Einzeldiode als Detektor ausreichend. Die spektrale Auflösung ist in diesem Fall allerdings eine Funktion der zeitabhängigen Position des dispersiven Elements, die mit hoher Präzision kontrolliert und bestimmt werden muss. In Kombination mit schnellen Messzeiten eines Spektrums im Millisekunden-Bereich, ist eine makroskopische Realisierung sehr aufwendig. Die vorliegende Arbeit beschäftigt 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, oberflächennaher Volumen-mikromechanik hergestellt wurde. Dabei konnte durch den Einsatz des mikromechanischen Beugungsgitters ein äußerst kompaktes und robustes NIR-Spektrometer (10 x 8 x 7,5 cm³) entwickelt werden, das als Monochromator-System einen deutlichen Kostenvorteil gegenüber 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 Übereinstimmung zu bringen. Durch eine gezielte Dimensionierung und Optimierung der mechanischen und optischen Eigenschaften des mikromechanischen Beugungsgitters, zu der unter anderem die Größe, Beugungseffizienz, Schwingungsfrequenz, Schwingungsstabilität, Schockfestigkeit und ein Verfahren zur Detektion des zeitabhängigen Torsionswinkels gehörte, konnte eine spektrale Auflösung des NIR-Spektrometers von unter 10 nm bei einem Wellenlängenbereich von 900 – 2500 nm erreicht werden. Gleichzeitig wurden 3 verschiedene Gitterstrukturen zur Maximierung der Beugungseffizienz untersucht, erfolgreich hergestellt und vermessen.

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.

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.

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.

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.