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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit umfassenden Untersuchungen zur Injektionsabhängigkeit von Photostrom-Messungen. Mit dem konventionellen Elymat-Verfahren wurde die Injektionsabhängigkeit der Ladungsträgerlebensdauer von Eisen-kontaminierten bordotierten Siliciumproben experimentell ermittelt und durch zweidimensionale Simulationen verifiziert. Die dabei gewonnenen Ergebnisse sind von grundlegender Bedeutung für die ebenfalls erfolgte injektionsabhängige Charakterisierung von Isolator/Silicium-Strukturen mit einem modifizierten Elymat-Verfahren. Entscheidend für die korrekte Messung von Niederinjektionslebensdauern ist eine ausreichende Passivierung der Halbleiteroberfläche. Es konnte gezeigt werden, dass die beim konventionellen Elymat-Verfahren verwendete Oberflächenpassivierung durch 1%ige Flusssäure nicht effektiv genug ist, während die Lebensdauern mit Hilfe der elektrostatischen Passivierung des modifizierten Elymat-Verfahrens im gesamten Injektionsbereich sehr genau bestimmt werden können. Gerade bei niedriger Injektion kann dieser Effekt selbst mit natürlichem Oxid als Isolator genutzt werden. Die Lebensdauerspektroskopie an Eisen-kontaminierten Siliciumproben mit dem Elymat-Verfahren ist an Proben mit unterschiedlicher Dotierungs- und Eisenkonzentration untersucht worden, wobei die Eisenkontamination gezielt entweder mittels “spin-on”-Verfahren oder Ionen-Implantation und einem nachfolgenden Diffusionsschritt erfolgte. Die Modellierung der Messergebnisse ergab eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation. Erstmals konnten dabei beide Elymat-Messmodi konsistent charakterisiert werden. Speziell konnte der Anstieg der effektiven Lebensdauern mit steigender Laserleistung bei Extraktion des photoinduzierten Diffusionsstroms auf der dem Laser zugewandten Scheibenoberfläche auf einen zunehmenden Driftstromanteil zurückgeführt werden. Die Einfangkoeffizienten der bei Eisenkontamination existierenden relevanten Energieniveaus wurden dabei nicht angepasst sondern unabhängig an Hand von in der Literatur veröffentlichten Messdaten ermittelt. Bei Berücksichtigung beider Zustände des Eisen-Bor-Paares und des Energieniveaus von interstitiellem Eisen können alle in der Literatur veröffentlichten und die hier gewonnenen Ergebnisse mit dem ermittelten Koeffizientensatz korrekt modelliert werden. Bei ausschließlicher Kontamination mit Eisen kann daher die Eisenkonzentration bei Anwendung der elektrostatischen Passivierung mit dem Elymat-Verfahren genau bestimmt werden. Weiterhin ist es in dieser Arbeit erstmals gelungen, mit dem modifizierten Elymat-Verfahren quantitativ die Grenzflächenzustandsdichte D_it und die Isolatorvolumenladung Q_Is von Isolator/Silicium-Strukturen zu bestimmen. Die dazu vorgestellten Auswerteverfahren beruhen auf einer hier entwickelten, physikalisch begründeten Modellierung der Ladungsträgerrekombination an Grenzflächenzuständen bei beleuchteten Elektrolyt/Isolator/Silicium-Strukturen. Die Modellierung erlaubt es, die beim modifizierten Elymat-Verfahren gemessene Abhängigkeit des photoinduzierten Diffusionsstroms von der Grenzflächenrekombination über den gesamten Injektionsbereich des Messgerätes mit sehr guter Übereinstimmung zu beschreiben. Dies ist durch Messungen an einer Vielzahl von thermisch oxidierten Siliciumproben mit unterschiedlichen Oxiddicken bzw. nachfolgenden Temperschritten gezeigt worden. An Hand der Ergebnisse konnten dabei optimierte Messbedingungen für das modifizierte Elymat-Verfahren bestimmt werden. Für die Empfindlichkeit des modifizierten Elymat-Verfahrens hinsichtlich der Bestimmung der Grenzflächenzustandsdichte kann für Proben mit hoher Volumenlebensdauer ein Wert von ca. 1-5*10^9 cm^-2eV^-1 abgeschätzt werden. Die mit dem modifizierten Elymat-Verfahren ermittelten Werte für D_it und Q_Is stimmen sehr gut mit Messergebnissen von etablierten Messverfahren (Konduktanz- bzw. Kapazitäts-Spannungs-Verfahren) an Vergleichsproben überein. Die für die quantitative Bestimmung von D_it und Q_Is benötigten Werte für die Parameter der physikalischen Modellierung konnten ebenfalls experimentell bestimmt bzw. verifiziert werden. Somit konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass das modifizierte Elymat-Verfahren sehr gut für die exakte und schnelle Prozesskontrolle von Oxidationsprozessen geeignet ist.
Embedded channel waveguide Bragg gratings are fabricated in the Ormocer® hybrid polymers OrmoComp®, OrmoCore, and OrmoClad by employing a single writing step technique based on phase mask technology and KrF excimer laser irradiation. All waveguide Bragg gratings exhibit well-defined reflection peaks within the telecom wavelengths range with peak heights of up to 35 dB and −3 dB-bandwidths of down to 95 pm. Furthermore, the dependency of the fabricated embedded channel waveguide Bragg gratings on changes of the temperature and relative humidity are investigated. Here, we found that the Bragg grating in OrmoComp® is significantly influenced by humidity variations, while the Bragg gratings in OrmoCore and OrmoClad exhibit linear and considerably high temperature sensitivities of up to −250 pm/ ∘ C and a linear dependency on the relative humidity in the range of −9 pm/%.
In this work, the electrical characteristics of grain boundaries (GBs) in multicrystalline silicon with and without iron contamination are analyzed by fixed voltage current maps and local I/V curves using conductive AFM (cAFM). I/V characteristics reveal the formation of a Schottky contact between the AFM tip and the sample surface. The impact of both, the polarity of the applied voltage and the illumination by the AFM laser on the behavior of GBs was analyzed systematically. Depending on the polarity of the applied voltage and the iron content of the sample, grain boundaries alter significantly the recorded current flow compared to the surrounding material. The results also show a clear influence of the AFM laser light on the electrical behavior of the grain boundaries. Conductive AFM measurements are furthermore compared to data obtained by electron beam induced current (EBIC), indicating that cAFM provides complimentary information.
Current conduction mechanisms through a metal-oxide semiconductor capacitor with a 9.6 nm thick SiO2 dielectric layer are characterized via Fowler-Nordheim (FN) and Poole-Frenkel (PF) plots, as well as through the analysis of the power exponent parameter α = d(log I)/d(log V). It is shown that the evaluation by means of α is much more sensitive in the accurate identification of different current conduction mechanisms. If FN tunneling and PF conduction occur simultaneously, evaluation using the α-voltage (α-V) plot actually allows one to determine the fraction of each conduction mechanism quantitatively. Even a slight current saturation due to minority carrier depletion, which cannot be detected through the evaluation of the current-voltage characteristics using FN or PF plots, can be detected by the α-V plot.
Leakage current distributions of high‐k dielectric thin films (8 nm HfSixOy and 5 nm ZrO2) were measured by tunneling atomic force microscopy (TUNA). In contrast to the thick HfSixOy film, where grains and grain boundaries can be seen by TUNA topography maps, ZrO2 films show no topography roughness. But large leakage current fluctuations can be seen for both dielectrics by TUNA current images. Higher leakage currents were found to flow through the grain boundaries of both analyzed high‐k dielectric films. Furthermore, local current voltage (I‐V) characteristics could successfully be measured precisely localized at grains and at grain boundaries, respectively, of the ZrO2 film. The obtained local I‐V curves showed significant differences between grains and grain boundaries, respectively. In the case of the ZrO2 film, the leakage current through the grain boundaries was up to 8 times larger than that through the grains at a substrate voltage of −3.5 V.
The composition of Van-der-Waals heterostructures is conclusively determined using a hybrid evaluation scheme of data acquired by optical microspectroscopy. This scheme deploys a parameter set comprising both change in reflectance and wavelength shift of distinct extreme values in reflectance spectra. Furthermore, the method is supported by an accurate analytical model describing reflectance of multilayer systems acquired by optical microspectroscopy. This approach allows uniquely for discrimination of 2D materials like graphene and hexagonal boron nitride (hBN) and, thus, quantitative analysis of Van-der-Waals heterostructures containing structurally very similar materials. The physical model features a transfer-matrix method which allows for flexible, modular description of complex optical systems and may easily be extended to individual setups. It accounts for numerical apertures of applied objective lenses and a glass fiber which guides the light into the spectrometer by two individual weighting functions. The scheme is proven by highly accurate quantification of the number of layers of graphene and hBN in Van-der-Waals heterostructures. In this exemplary case, the fingerprint of graphene involves distinct deviations of reflectance accompanied by additional wavelength shifts of extreme values. In contrast to graphene, the fingerprint of hBN reveals a negligible deviation in absolute reflectance causing this material being only detectable by spectral shifts of extreme values.
Ohmic contacts on p-doped 4H-SiC are essential for the fabrication of a wide range of power electron devices. Despite the fact that Ti/Al based ohmic contacts are routinely used for ohmic contacts on p-doped 4H-SiC, the underlying contact formation mechanisms are still not fully understood. TLM structures were fabricated, measured and analyzed to get a better understanding of the formation mechanism. SIMS analyses at the Ti3SiC2-SiC interface have shown a significant increase of the surface near Al concentration. By using numerical simulation it is shown that this additional surface near Al concentration is essential for the ohmic contact formation.