This work presents a summary of experimental data and theoretical models that characterize the temperature-dependent behavior of key carrier-transport parameters in silicon down to cryogenic temperatures. In extreme environment applications such as space-based electronics, accurate models of carrier recombination, carrier mobility, and incomplete ionization of dopants form a necessary foundation for the development of reliable high-performance devices and circuits. Not only do these models have a wide impact on the simulated DC and AC performance of devices, but they also play a critical role in predicting the behavior of important phenomena such as single event upset in digital logic circuits. With this motivation, an overview is given of SRH recombination theory, addressing in particular the dependence of recombination lifetime on temperature and injection level. Carrier lifetime measurement methods are reviewed, and experiments to study carrier lifetimes in the substrate of a commercial SiGe BiCMOS process are presented. The experimental data is analyzed and leveraged in order to develop calibrated TCAD-relevant models. Similarly, an overview of low-temperature resistivity in silicon is presented. Modeling of resistivity over temperature is discussed, addressing the prevailing theoretical models for both carrier mobility and incomplete ionization of dopants. Experimental measurements of the temperature dependence of resistivity in both p-type and n-type silicon are presented, and calibrated TCAD-relevant models for carrier mobility and incomplete ionization are developed. Finally, the ability to integrate these calibrated models within commercial TCAD software is demonstrated. In addition, applications for these accurate temperature-dependent models are discussed, and future directions are outlined for research into cryogenic modeling of fundamental physical parameters.

This master´s thesis deals with an examination of different solution types a for the chemical passivation of a silicon surface. Various solutions are tested on silicon wafers for their consequent comparison. The main purpose of this work is to find optimal solution, which suits the requirements of a time stability and start-up velocity of passivation, reproducibility of the measurements and a possibility of a perfect cleaning of a passivating solution remainig from a silicon surface, so that the parameters of a measured silicon wafer will not worsen and there will not be any contamination of the other wafers series in the production after a repetitive return of the measured wafer into the production process. The cleaning process itself is also a subject of a development.

Low cost, rapid and high thermal by IR heating, rapid cooling and high efficiency, there are RTP (Rapid Thermal Processing) properties. We can use RTP for annealing, diffusion, contacting, oxidation and others. Rapid temperature change and IR heating can be followed positive effects in the silicon substrate. This paper is focused on annealing by RTP. Wafers were p-type monocrystalline CZ silicon with different bulk minority carrier lifetime. Minority carrier lifetime was measured by MW-PCD (Microwave Photoconductance Decay) before and after thermal processing.

Die hochempfindliche Methode der „Microwave Detected Photoconductivity“ (MDP) wird eingesetzt, um technologisch relevante Halbleiterparameter wie die Ladungsträgerlebensdauer, Photoleitfähigkeit und Defektkonzentrationen über viele Größenordnungen der optischen Anregung hinweg zu untersuchen. Durch die Entwicklung und die Anwendung eines neuartigen Modellierungssystems für die Ladungsträgerdynamik in Halbleitern können wichtige Defektparameter quantitativ aus MDP Messungen in Abhängigkeit der Anregungsintensität bestimmt werden. Ein Verfahren zur Charakterisierung von Haftstellen (Konzentration, Energielage, Einfangsquerschnitt) bei konstanter Temperatur wird vorgestellt. Das technologisch relevante Verfahren des quantitativen Eisennachweises in p-dotiertem Silizium wird für die MDP Methode angepasst und entsprechende Messergebnisse mit DLTS Resultaten verglichen. Ein detaillierter Vergleich der gängigsten kontaktlosen Messverfahren QSSPC und MW-PCD mit der MDP zeigt, dass entgegen gängiger Annahmen die unterschiedlichen Anregungsbedingungen zu drastischen Unterschieden in den gemessenen Werten der Ladungsträgerlebensdauer führen. Dies wird sowohl durch theoretische Berechnungen als auch durch praktische Messergebnisse belegt.

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Thema dieser Arbeit ist die Synthese von GaAs Nanodrähten mittels Molekularstrahlepitaxie. Dabei wird das Wachstum mittels Au- und jenes mittels selbst-induziertem VLS-Mechanismus verglichen. Die Au-induzierte Methode ist als vielseitiger Ansatz für die Herstellung von Nanodrähten bekannt. Darüberhinaus wird seit Neuerem der selbst-induzierte Mechanismus untersucht, bei dem Galliumtropfen die Rolle des Goldes übernehmen, um eine etwaige Verunreinigung mit Au von vornherein auszuschliessen. Mit beiden Wachstumsmethoden erzielen wir GaAs Nanodrähte mit großem Aspektverhältnis und epitaktischer Beziehung zum Si(111) Substrat. Während des Au-induzierten Wachstums entsteht eine parasitäre Schicht zwischen den Drähten, die mittels des selbst-induzierten Mechanismus vermieden werden. Alle GaAs Drähte sind vollständig relaxiert. Die durch die Gitterfehlanpassung (4,1\% zwischen GaAs und Si) verursachte Verspannung wird durch Versetzungen an der Grenzfläche abgebaut. Selbst-induzierte Drähten zeigen ausschließlich unpolare Seitenfacetten, während verschiedene polare Facetten für Au-induzierte Nanodrähte beschrieben werden. Mittels VLS-Nukleationstheorie könnne wir den Einfluss des Tropfenmaterials auf die Stabilität der verschiedenen Seitenfacetten erklären. Optoelektronische Anwendungen benötigen lange Minoritätsladungsträgerlebensdauern bei Raumtemperatur. Daher wurden mit (Al,Ga)As Hüllen ummantelte GaAs Nanodrähte mittels zeitaufgelöster PL vermessen. Das Ergebnis sind 2,5 ns für die selbst-induzierten aber nur 9 ps für die Au-induzierten Nanodrähte. Durch temperaturabhängige PL Messungen kann eine charakteristische Aktivierungsenergie von 77 meV nachgewiesen werden, die nur in den Au-induzierten Nanodrähten vorliegt. Dies suggeriert, dass sich Au aus den Tröpfchen in die GaAs Nanodrähte einbaut und dort als tiefes, nichtstrahlendes Rekombinationszentrum fungiert. / In this work the synthesis of GaAs nanowires by molecular beam epitaxy (MBE) using the vapour-liquid-solid (VLS) mechanism is investigated. A comparison between Au- and self-assisted VLS growth is at the centre of this thesis. While the Au-assisted method is established as a versatile tool for nanowire growth, the recently developed self-assisted variation results from the exchange of Au by Ga droplets and thus eliminates any possibility of Au incorporation. By both methods, we achieve nanowires with epitaxial alignment to the Si(111) substrates. Caused by differences during nanowire nucleation, a parasitic planar layer grows between the nanowires by the Au-assisted method, but can be avoided by the self-assisted method. Au-assisted nanowires grow predominantly in the metastable wurtzite crystal structure, while their self-assisted counterparts have the zincblende structure. All GaAs nanowires are fully relaxed and the strain arising from the lattice mismatch between GaAs and Si of 4.1\% is accommodated by misfit dislocations at the interface. Self-assisted GaAs nanowires are generally found to have vertical and non-polar side facets, while tilted and polar nanofacets were described for Au-assisted GaAs nanowires. We employ VLS nucleation theory to understand the effect of the droplet material on the lateral facets. Optoelectronic applications require long minority carrier lifetimes at room temperature. We fabricate GaAs/(Al,Ga)As core-shell nanowires and analyse them by transient photoluminescence (PL) spectroscopy. The results are 2.5 ns for the self-assisted nanowires as well as 9 ps for the Au-assisted nanowires. By temperature-dependent PL measurements we find a characteristic activation energy of 77 meV that is present only in the Au-assisted nanowires. We conclude that most likely Au is incorporated from the droplets into the GaAs nanowires and acts as a deep, non-radiative recombination centre.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung und Charakterisierung von verdünnten magnetischen II-VI und III-V Halbleiter-Dünnschichten. Diese Systeme bieten vereinfachte optische kohärente Kontrolle von Spin-basierten Prozessen und eignen sich hervorragend für den Einsatz in zukünftigen opto-magnetischen Anwendungen. ZnO-, ZnXO-, GaN- und GaXN-Proben (X = Mangan, Cobalt) sind mit Hilfe der naßchemischen Sol-Gel Synthese hergestellt worden. Sie werden mit Hilfe der Photolumineszenzspektroskopie untersucht. Die spektrale Position der elektronischen Niveaus in der Nähe der Bandkante dieser Materialien wird bestimmt, um in weiteren Experimenten die freien und gebundenen Exzitonen einzeln abzufragen. Mit der Methode der zeitaufgelösten differentiellen Transmissionsspektroskopie (TRDT) werden die Lebensdauern dieser Ladungsträger bestimmt und mit ultraschnellen Prozessen der optischen Anregung und Relaxation in Verbindung gebracht. Die Methode der zeitaufgelösten Faraday-Rotation-Spektroskopie (TRFR) wird angewandt, um die kohärente Spindynamik des optisch angeregten Teilchenensembles zu beschreiben. Die Kohärenz unterliegt den Störeinflüssen verschiedener Streumechanismen, die in der vorliegenden Arbeit identifiziert und quantitativ beschrieben werden. Bei einigen untersuchten Materialsystemen (ZnCoO, ZnMnO und GaMnN) wird die jeweilige spezifische Elektron-Ion Austauschenergie N0α bestimmt, welche die Kopplungsstärke der elektronischen Spins zu denen der Dotierionen beschreibt.

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Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第17581号 / 工博第3740号 / 新制||工||1570(附属図書館) / 30347 / 京都大学大学院工学研究科電子工学専攻 / (主査)教授 木本 恒暢, 教授 藤田 静雄, 准教授 浅野 卓 / 学位規則第4条第1項該当

In order to remove the local openings for contacting PERC Solar cells, one has to introduce passivating contacts. The Al₂O₃-TiOₓ double layer stack is an attractive candidate for this purpose. This study will guide a way to enhance the conductivity of those contacts by doping TiO x with a. Additionally, it is shown, that major parts of the stacks are deposited by sputtering. This demonstrates a higher feasibility for industrial applications than atomic layer deposition as reported earlier [1], [2].