Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss der Abscheideparamter von In2S3 Dünnfilmen, die mittels thermischem Verdampfen hergestellt wurden, auf ihre physikalischen Eigenschaften untersucht. Es zeigte sich, dass die Abscheideparameter einen starken Einfluss auf die Oberflächenmorphologie und die strukturellen Eigenschaften haben. Durch eine Optimierung der Herstellungsparameter konnten β-In2S3 Dünnfilme in (103) Orientierung hergestellt werden. Epitaktisches Wachstum von In2S3 Schichten mit jeweils zwei bzw. vier Rotationsdomainen wurden auf c- und a-Saphir erreicht. Die fundamentale optische Bandlücke wurde für alle Dünnfilme zu 2.1 eV bestimmt. Eine starke persistente Photoleitung, welche auf tiefe Defekte innerhalb der Bandlücke zurückgeführt werden konnte, wurde unabhängig von den Abscheideparametern und dem gewählten Substrat beobachtet. Prototypen für Solarzellen wurden aus n-In2S3 und p-Zinkkobaltoxid (ZCO) hergestellt und zeigen ein hohes Sperrverhältniss und photovoltaische Aktivität, welche jedoch durch Absorption im ZCO limitiert wird. Im zweiten Teil der Arbeit wurden In2S3:V Dünnfilme ohne bzw. mit Saat- und Pufferschichten hergestellt, um deren physikalische Eigenschaften zu untersuchen bzw. um Zwischenbandsolarzellen herzustellen. Ein großer Dotierbereich von bis zu 11.4 at-% V, wurde durch einen kombinatorischer Ansatz erziehlt. Für Dünnfilme ohne Saatschicht wurde die Löslichkeitsgrenze von Vanadium in In2S3 zu 3.2 at-% V (auf Saphirsubstraten) bzw. 5.4 at-% V (auf Glassubstraten) bestimmt. Durch die Verwendung einer Saatschicht konnte die In2S3 β-Phase stabilisiert und darüber hinaus die Ausbildung von Fremdphasen unterdrückt werden. In2S3:V Dünnfilme mit über 5.8 at-% V auf Saphirsubstraten zeigten bei Raumtemperatur p-Typ Leitfähigkeit. Für Temperaturen unterhalb einer kritischen Temperatur ergab sich ein Wechsel von p- zu n-Leitung. Darüber hinaus sank die Mobilität dieser Schichten unterhalb der kritischen Temperatur signifikant ab. Die Ladungsträgerdichte blieb jedoch über den gesamte Temperaturbereich hinweg konstant und war mit Werten im Bereich von 1022 cm−3 zudem sehr hoch. Diese elektrischen Eigenschaften sind sehr untypisch für einen gewöhnlichen Halbleiter. Sie konnten jedoch im Rahmen dieser Arbeit durch das Modell der Zwischenbandsolarzelle beschieben werden. Als Schlussfolgerung dessen, wurde die Vanadiumkonzentration, bei der sich das Zwischenband ausbildet zu 3.2 at-% V bestimmt. Da sich herausstellte, das In2S3:V bei Raumtemperatur p-Typ ist, konnten keine Zwischenbandsolarzellen mit p-ZCO hergestellt werden.:1 Introduction 1 2 Theoretical background 3 2.1 Indium sulfide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.2 The physics of solar cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3 The concept of intermediate band solar cells . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.4 Indium sulfide as intermediate band material . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.5 Charge transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.6 Electronic defect states . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3 Methods 17 3.1 Growth and structuring techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.1.1 Thermal evaporation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.1.2 Pulsed laser deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.1.3 Sputter deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.1.4 Photolithography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.2 characterization techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.2.1 X-ray diffraction measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.2.2 Hall effect measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.2.3 Current-voltage measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.4 Temperature-dependent current-voltage measurement . . . . . . 26 3.2.5 Resistance measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2.6 Spectroscopic ellipsometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2.7 Energy dispersive X-ray spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.2.8 Transmittance and reflection spectroscopy . . . . . . . . . . . . 27 4 Physical properties of undoped In2S3 . . . . . . . . . .29 4.1 Impact of the growth parameters on the composition . . . . . . . . . . 31 4.2 Desorption mechanisms and their influence on the growth rates . . . . . 33 4.3 Surface morphological properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4.4 Structural properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.5 Optical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.5.1 Dielectric function and absorption coefficient of In2S3 . . . . . . 43 4.5.2 Impact of the growth parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 4.5.3 Impact of the composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.5.4 Impact of the substrate crystallinity . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.6 Electrical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.6.1 Persistent photoconductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.6.2 Temperature dependent resistivity and Hall effect measurements 63 4.7 Device characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.7.1 Impact of the growth parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.7.2 Impact of the substrate crystallinity . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.8 Solar cell performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.8.1 Impact of the growth parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.8.2 Impact of the substrate crystallinity . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5 Physical properties of vanadium-doped In2S3. . . . . . . . . .91 5.1 Vanadium incorporation into the In2S3 thin films . . . . . . . . . . . . 93 5.2 Surface morphological properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.3 Structural properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.4 Optical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 5.5 Electrical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 5.6 Device characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 6 Summary and Outlook . . . . . . . . . .125 List of Abbreviations. . . . . . . . . . 131 List of Symbols. . . . . . . . . . 133 Bibliography . . . . . . . . . .137 List of Own and Contributed Articles . . . . . . . . . .149 Appendix . . . . . . . . . .151 Publikationsliste nach Promotionsordnung § 11(3). . . . . . . . . . 161 Zusammenfassung nach Promotionsordnung § 11(4) . . . . . . . . . .163 / In the first part of the presented work the influence of the growth parameter of In2S3 thin films, grown by physical vapor deposition, on their physical properties is investigated. The deposition parameters were found to have a strong influence on the surface morphology and the structural properties. By choosing appropriate deposition parameters β-phase In2S3 with a pure (103) orientation was achieved. Epitaxial growth with 2 and 4 rotational domains could be induced using c- and a-plane sapphire, respectively. The fundamental optical bandgap was determined to be direct with an energy of 2.1 eV for all In2S3 thin films. A strong persistent photoconductivity, which was attributed to deep defects within the bandgap, was observed for all In2S3 thin films independent of the preparation conditions and independent of the kind of substrate. Solar cells of n-In2S3/p-zinc-cobalt-oxide (ZCO) exhibit high current rectifications and photovoltaic activity but suffer from absorption in the ZCO layer. To study the physical properties of In2S3:V thin films and to implement intermediate band solar cells (IBSC) In2S3:V thin films without and with seed and buffer layers were fabricated, respectively. Using a combinatorial material synthesis approach doping concentrations of up to 11.4 at-% V were achieved. Thin films without seed layers exhibit a solubility limit of vanadium of 3.2 at-% V and 5.4 at-% V for thin films on sapphire and glass substrates, respectively. The In2S3:V β-phase could be stabilized and the formation of secondary phases suppresed by inserting a seed layer. A change of the type of the charge carriers from p-type at room temperature to n-type at low temperatures was observed for thin films with doping concentrations above 5.8 at-% V on sapphire substrates. Furthermore, the mobility decreases significantly below the critical temperature. Contrarily, a very high charge carrier concentration was observed independent of the temperature. This behavior, which is untypical for conventional semiconductors, could be described using the intermediate band (IB) model. According to the results of this work and the IB model, one can conclude, that above a vanadium concentration 3.2 at-% V an IB has formed. Due to the p-type conductivity of In2S3:V thin films at room temperature, rectifying IBSCs could not be implemented using p-type ZCO. Therefore, it should be replaced by an n-type material in future investigations.:1 Introduction 1 2 Theoretical background 3 2.1 Indium sulfide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2.2 The physics of solar cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3 The concept of intermediate band solar cells . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.4 Indium sulfide as intermediate band material . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.5 Charge transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.6 Electronic defect states . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3 Methods 17 3.1 Growth and structuring techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.1.1 Thermal evaporation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.1.2 Pulsed laser deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.1.3 Sputter deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3.1.4 Photolithography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.2 characterization techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.2.1 X-ray diffraction measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.2.2 Hall effect measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.2.3 Current-voltage measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.4 Temperature-dependent current-voltage measurement . . . . . . 26 3.2.5 Resistance measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2.6 Spectroscopic ellipsometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2.7 Energy dispersive X-ray spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.2.8 Transmittance and reflection spectroscopy . . . . . . . . . . . . 27 4 Physical properties of undoped In2S3 . . . . . . . . . .29 4.1 Impact of the growth parameters on the composition . . . . . . . . . . 31 4.2 Desorption mechanisms and their influence on the growth rates . . . . . 33 4.3 Surface morphological properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4.4 Structural properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.5 Optical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.5.1 Dielectric function and absorption coefficient of In2S3 . . . . . . 43 4.5.2 Impact of the growth parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 4.5.3 Impact of the composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.5.4 Impact of the substrate crystallinity . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.6 Electrical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.6.1 Persistent photoconductivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.6.2 Temperature dependent resistivity and Hall effect measurements 63 4.7 Device characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.7.1 Impact of the growth parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.7.2 Impact of the substrate crystallinity . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.8 Solar cell performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.8.1 Impact of the growth parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.8.2 Impact of the substrate crystallinity . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5 Physical properties of vanadium-doped In2S3. . . . . . . . . .91 5.1 Vanadium incorporation into the In2S3 thin films . . . . . . . . . . . . 93 5.2 Surface morphological properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 5.3 Structural properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.4 Optical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 5.5 Electrical properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 5.6 Device characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 6 Summary and Outlook . . . . . . . . . .125 List of Abbreviations. . . . . . . . . . 131 List of Symbols. . . . . . . . . . 133 Bibliography . . . . . . . . . .137 List of Own and Contributed Articles . . . . . . . . . .149 Appendix . . . . . . . . . .151 Publikationsliste nach Promotionsordnung § 11(3). . . . . . . . . . 161 Zusammenfassung nach Promotionsordnung § 11(4) . . . . . . . . . .163

Ce travail de thèse est une contribution à l'étude des propriétés de spin dans les semiconducteurs par spectroscopie de photoluminescence et par photoconductivité en vue d’applications possibles dans le domaine de l’électronique du spin.Nous avons analysé les propriétés de spin des électrons de conduction dans les matériaux semiconducteurs nitrures dilués, massif et puits quantiques (GaAsN, GaAsN/GaAs). Nous avons étudié le mécanisme de recombinaison dépendante du spin des électrons de conduction sur les centres paramagnétiques induits par l’introduction d’azote dans GaAs. Nous avons mis en évidence l’effet de « filtrage » de spin des électrons de conduction que ce mécanisme peut induire ; en particulier, nous avons mené des études détaillées en fonction de la concentration d’azote, de la puissance excitatrice, d’un champ magnétique externe et, pour les hétérostructures, de l’épaisseur des puits quantiques. L’origine chimique des centres paramagnétiques a été, de plus, identifiée par des études de résonance paramagnétique détectée optiquement (ODMR).Nous avons également complété ces études purement optiques sur la recombinaison dépendante du spin, par des expériences de photoconductivité en vue d’applications possibles liées à l’électronique du spin. Nous avons montré que la photoconductivité des matériaux nitrures dilués peut être contrôlée par la polarisation de la lumière incidente. Un détecteur électrique de la polarisation de la lumière à base de GaAsN a été ainsi fabriqué et testé.Ces résultats ont été également interprétés et simulés grâce à un système d’équations dynamiques pouvant rendre compte à la fois des résultats de photoluminescence et de transport / This thesis work is a contribution to the investigation of the spin properties of semiconductors by photoluminescence and photoconductivity spectroscopy with the aim of future applications in the spintronic field. We have studied the conduction band electron spin properties of dilute nitride semiconductors in epilayers and quantum wells (GaAsN, GaAsN/GaAs). In particular, we have investigated the spin dependent recombination of conduction band electrons on deep paramagnetic centers induced by the introduction of nitrogen into GaAs. We have also evidenced the “spin filtering” effect made possible by this spin dependent recombination mechanism. More precisely, we have carried out a systematic study of the spin filtering effect as a function of the nitrogen concentration, excitation power, external magnetic field and, for the hetero-structures, as well as a function of the quantum well thickness. The chemical origin of the deep paramagnetic centers has been also determined by optically detected magnetic resonance (ODMR). We have completed these all-optical studies on the spin dependent recombination by photoconductivity experiments in order to demonstrate a “proof of concept” system for spintronic applications. We have shown that the photoconductivity in dilute nitride semiconductors can be controlled by the polarization of the incident light: an electrical detector of the light polarization has therefore been built. These results have been as well modeled thanks to a rate equation system able to reproduced both the photoluminescence and photoconductivity experimental results

Komplexe Oxide weisen interessante, funktionelle Eigenschaften wie Ferroelektrizität, magnetische Ordnung, hohe Spinpolarisation der Ladungsträger, Multiferroizität und Hochtemperatursupraleitung auf. Diese große Vielfalt sowie die Realisierbarkeit des epitaktischen Wachstums von Heterostrukturen aus verschiedenen oxidischen Komplexverbindungen eröffnen zahlreiche technologische Anwendungsmöglichkeiten für die oxidbasierte Mikroelektronik. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit liegt auf der Untersuchung der Charakteristik des Ladungstransportes und insbesondere des Einflusses photogenerierter Ladungsträger auf diesen. Hierzu wurden die zwei vielversprechenden und momentan rege erforschten oxidischen Systeme La0,7Ce0,3MnO3 (LCeMO) und LiNbO3 (LNO) untersucht. Der erste Teil der vorliegenden Arbeit widmet sich der Untersuchung des photoinduzierten Ladungstransports in auf SrTiO3-Substrat gewachsenen LCeMO-Dünnfilmen. LCeMO ist als elektronendotierter Gegenpart zu den wohlbekannten und lochdotierten Manganaten wie La0,7Ca0,3MnO3 von großem Interesse für Anwendungen in der Spintronik so z.B. im spinpolarisierten p-n-übergang. Der Einfluss der Sauerstoffstöchiometrie, der chemischen Phasensegregation der Cer-Dotanden und der photogenerierten Ladungsträger auf die Manganvalenz und damit die Elektronenkonzentration in den LCeMO-Dünnfilmen wurde mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) untersucht. Hierbei wurde eine Erhöhung der Elektronenkonzentration durch Reduktion des Sauerstoffgehalts oder durch Beleuchtung mit UV-Licht festgestellt. Messungen der Temperaturabhängigkeit des Widerstands haben einen photoinduzierten Isolator-Metall-übergang in den reduzierten LCeMO-Dünnfilmen gezeigt. Durch Auswertung der magnetfeldbedingten Widerstandsänderungen im beleuchteten und unbeleuchteten Zustand konnte dieser Isolator-Metall-übergang eindeutig auf eine Parallelleitung durch das SrTiO3-Substrat zurückgeführt werden. Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit dem Ladungstransport in Einkristallen des uniaxialen Ferroelektrikums LNO. Durch Vergleich der Volumenleitfähigkeit in eindomänigem LNO mit der Leitfähigkeit durch mehrdomänige Kristalle mit zahlreichen geladenen Domänenwänden konnte sowohl im abgedunkelten als auch im beleuchteten Zustand eine im Vergleich zur Volumenleitfähigkeit um mehrere Größenordnungen höhere Domänenwandleitfähigkeit festgestellt werden. Dabei ist die Domänenwandleitfähigkeit unter Beleuchtung mit Photonenenergien größer als der Bandlücke deutlich höher als im abgedunkelten Zustand. / Complex oxides exhibit a variety of functional properties, such as ferroelectricity, magnetic ordering, high spin polarization of the charge carriers, multiferroicity and high-temperature superconductivity. This wide variety of functional properties of complex oxides combined with their structural compatibility facilitates epitaxial growth of oxide heterostructures with tailored functional properties for applications in oxide-based microelectronic devices. The focus of the present thesis lies on the characterization of the photoinduced charge transport in two intriguing complex oxides of current scientific interest, namely the electron doped mixed valence manganite La0,7Ce0,3MnO3 (LCeMO) and the ferroelectric LiNbO3 (LNO). The first part adresses the photoinduced charge transport in thin films of LCeMO grown on SrTiO3 substrates. LCeMO, being the electron doped counterpart to well known hole doped manganites like La0,7Ca0,3MnO3, is of current interest for spintronic applications like spin-polarized p-n-junctions. The influence of the oxygen stoichiometry, the chemical phase separation of cerium and of the photogenerated charge carriers on the manganese valence and hence the electron concentration in the LCeMO films were investigated with X-ray-photoelectron spectroscopy. This measurements revealed an increase in electron doping by reduction of the oxygen content or by illumination with UV-light. Measurements of the temperature dependence of the resistance of the reduced LCeMO films showed a photoinduced insulator-metal transition. Analysis of the magnetoresistive properties of the samples in the illuminated and dark state clearly revealed that this insulator-metal transition is caused by a parallel conduction through the SrTiO3 substrate. The second part of this thesis is dedicated to the charge transport in single crystals of the uniaxial ferroelectric LNO. A comparison of the bulk conductivity of single domain crystals with the conductivity of multidomain crystals with numerous charged domain walls revealed an several orders of magnitude higher domain wall conductivity as compared to the bulk conductivity. Such domain wall conductivity could be observed in the illuminated as well as in the dark state, although the domain wall conductivity was much higher for super-bandgap illumination.

Komplexe Oxide weisen interessante, funktionelle Eigenschaften wie Ferroelektrizität, magnetische Ordnung, hohe Spinpolarisation der Ladungsträger, Multiferroizität und Hochtemperatursupraleitung auf. Diese große Vielfalt sowie die Realisierbarkeit des epitaktischen Wachstums von Heterostrukturen aus verschiedenen oxidischen Komplexverbindungen eröffnen zahlreiche technologische Anwendungsmöglichkeiten für die oxidbasierte Mikroelektronik. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit liegt auf der Untersuchung der Charakteristik des Ladungstransportes und insbesondere des Einflusses photogenerierter Ladungsträger auf diesen. Hierzu wurden die zwei vielversprechenden und momentan rege erforschten oxidischen Systeme La0,7Ce0,3MnO3 (LCeMO) und LiNbO3 (LNO) untersucht. Der erste Teil der vorliegenden Arbeit widmet sich der Untersuchung des photoinduzierten Ladungstransports in auf SrTiO3-Substrat gewachsenen LCeMO-Dünnfilmen. LCeMO ist als elektronendotierter Gegenpart zu den wohlbekannten und lochdotierten Manganaten wie La0,7Ca0,3MnO3 von großem Interesse für Anwendungen in der Spintronik so z.B. im spinpolarisierten p-n-übergang. Der Einfluss der Sauerstoffstöchiometrie, der chemischen Phasensegregation der Cer-Dotanden und der photogenerierten Ladungsträger auf die Manganvalenz und damit die Elektronenkonzentration in den LCeMO-Dünnfilmen wurde mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) untersucht. Hierbei wurde eine Erhöhung der Elektronenkonzentration durch Reduktion des Sauerstoffgehalts oder durch Beleuchtung mit UV-Licht festgestellt. Messungen der Temperaturabhängigkeit des Widerstands haben einen photoinduzierten Isolator-Metall-übergang in den reduzierten LCeMO-Dünnfilmen gezeigt. Durch Auswertung der magnetfeldbedingten Widerstandsänderungen im beleuchteten und unbeleuchteten Zustand konnte dieser Isolator-Metall-übergang eindeutig auf eine Parallelleitung durch das SrTiO3-Substrat zurückgeführt werden. Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit dem Ladungstransport in Einkristallen des uniaxialen Ferroelektrikums LNO. Durch Vergleich der Volumenleitfähigkeit in eindomänigem LNO mit der Leitfähigkeit durch mehrdomänige Kristalle mit zahlreichen geladenen Domänenwänden konnte sowohl im abgedunkelten als auch im beleuchteten Zustand eine im Vergleich zur Volumenleitfähigkeit um mehrere Größenordnungen höhere Domänenwandleitfähigkeit festgestellt werden. Dabei ist die Domänenwandleitfähigkeit unter Beleuchtung mit Photonenenergien größer als der Bandlücke deutlich höher als im abgedunkelten Zustand. / Complex oxides exhibit a variety of functional properties, such as ferroelectricity, magnetic ordering, high spin polarization of the charge carriers, multiferroicity and high-temperature superconductivity. This wide variety of functional properties of complex oxides combined with their structural compatibility facilitates epitaxial growth of oxide heterostructures with tailored functional properties for applications in oxide-based microelectronic devices. The focus of the present thesis lies on the characterization of the photoinduced charge transport in two intriguing complex oxides of current scientific interest, namely the electron doped mixed valence manganite La0,7Ce0,3MnO3 (LCeMO) and the ferroelectric LiNbO3 (LNO). The first part adresses the photoinduced charge transport in thin films of LCeMO grown on SrTiO3 substrates. LCeMO, being the electron doped counterpart to well known hole doped manganites like La0,7Ca0,3MnO3, is of current interest for spintronic applications like spin-polarized p-n-junctions. The influence of the oxygen stoichiometry, the chemical phase separation of cerium and of the photogenerated charge carriers on the manganese valence and hence the electron concentration in the LCeMO films were investigated with X-ray-photoelectron spectroscopy. This measurements revealed an increase in electron doping by reduction of the oxygen content or by illumination with UV-light. Measurements of the temperature dependence of the resistance of the reduced LCeMO films showed a photoinduced insulator-metal transition. Analysis of the magnetoresistive properties of the samples in the illuminated and dark state clearly revealed that this insulator-metal transition is caused by a parallel conduction through the SrTiO3 substrate. The second part of this thesis is dedicated to the charge transport in single crystals of the uniaxial ferroelectric LNO. A comparison of the bulk conductivity of single domain crystals with the conductivity of multidomain crystals with numerous charged domain walls revealed an several orders of magnitude higher domain wall conductivity as compared to the bulk conductivity. Such domain wall conductivity could be observed in the illuminated as well as in the dark state, although the domain wall conductivity was much higher for super-bandgap illumination.

In the last 10-15 years there has been a renewed interest in amorphous Se (a-Se) and its alloys due to their application as photoconductor materials in the new fully digital direct conversion flat panel x-ray medical image detectors. For a number of reasons, the a-Se photoconductor layer in such x-ray detectors has to be operated at very high electric fields (up to 10 Volts per micron) and one of the most difficult problems related to such applications of a Se is the problem of the dark current (the current in the absence of any radiation) minimization in the photoconductor layer. <p>This PhD work has been devoted to researching the possibilities for dark current minimization in a-Se x-ray photoconductors devices through a systematic study of the charge transport (carrier mobility and carrier lifetimes) and dark currents in single and multilayered a-Se devices as a function of alloying, doping, deposition condition and other fabrication factors. The results of the studies are extensively discussed in the thesis. We have proposed a new technological method for dark current reduction in single and multilayered a-Se based photoconductor for x-ray detector applications. The new technology is based on original experimental findings which demonstrate that both hole transport and the dark currents in a-Se films are a very strong function of the substrate temperature (Tsubstrate) during the film deposition process. We have shown that the new technique reduces the dark currents to approximately the same levels as achievable with the previously existing methods for dark current reduction. However, the new method is simpler to implement, and offers some potential advantages, especially in cases when a very high image resolution (20 cycles/mm) and/or fast pixel readout (more than 30 times per second) are needed. <p>Using the new technology we have fabricated simple single and double (ni-like) photoconductor layers on prototype x-ray image detectors with CCD (Charge Coupled Device) readout circuits. Dark currents in the a-Se photoconductor layer were not a problem for detector operation at all tested electric fields. Compared to the currently available commercial systems for mammography, the prototype detectors have demonstrated an excellent imaging performance, in particular superior spatial resolution (20 cycles/mm). Thus, the newly proposed technology for dark current reduction has shown a potential for commercialization.

In the last 10-15 years there has been a renewed interest in amorphous Se (a-Se) and its alloys due to their application as photoconductor materials in the new fully digital direct conversion flat panel x-ray medical image detectors. For a number of reasons, the a-Se photoconductor layer in such x-ray detectors has to be operated at very high electric fields (up to 10 Volts per micron) and one of the most difficult problems related to such applications of a Se is the problem of the dark current (the current in the absence of any radiation) minimization in the photoconductor layer. <p>This PhD work has been devoted to researching the possibilities for dark current minimization in a-Se x-ray photoconductors devices through a systematic study of the charge transport (carrier mobility and carrier lifetimes) and dark currents in single and multilayered a-Se devices as a function of alloying, doping, deposition condition and other fabrication factors. The results of the studies are extensively discussed in the thesis. We have proposed a new technological method for dark current reduction in single and multilayered a-Se based photoconductor for x-ray detector applications. The new technology is based on original experimental findings which demonstrate that both hole transport and the dark currents in a-Se films are a very strong function of the substrate temperature (Tsubstrate) during the film deposition process. We have shown that the new technique reduces the dark currents to approximately the same levels as achievable with the previously existing methods for dark current reduction. However, the new method is simpler to implement, and offers some potential advantages, especially in cases when a very high image resolution (20 cycles/mm) and/or fast pixel readout (more than 30 times per second) are needed. <p>Using the new technology we have fabricated simple single and double (ni-like) photoconductor layers on prototype x-ray image detectors with CCD (Charge Coupled Device) readout circuits. Dark currents in the a-Se photoconductor layer were not a problem for detector operation at all tested electric fields. Compared to the currently available commercial systems for mammography, the prototype detectors have demonstrated an excellent imaging performance, in particular superior spatial resolution (20 cycles/mm). Thus, the newly proposed technology for dark current reduction has shown a potential for commercialization.