PV solar cells and modules have to show high-efficiency at very low cost. The idea of the project is to understand and test the feasibility of an all-aluminum-silicon (AlSi)-wired solar cell and solar module enabling an easy cell string for module assembly. The cell is thought to be build up in the best case by a silicon wafer cleaned and passivated by dielectric layer which will be laser opened in lines or dashes or dots for contacting. The AlSi wires are used to contact the opened areas during high temperature treatment forming contacts to silicon with local doping. The main advantage of the concept is a much cheaper cell and module fabrication as a silver- and diffusion-doping-free solar cell is build, cell contacting and module cell string connection could be one process step (i.e. no paste screen-printing and no additional stringing), thus no copper nor silver is used. Solar cell structures of interest have to withstand the eutectic temperature of silicon, thus industrial PERC and TOPCon could be possible candidates.

In der vorliegenden Arbeit werden M(II)-Formiat-Komplexe mit M=Cu, Ni, Zn beschrieben. Das themogravimetrische Verhalten dieser Komplexe wird vorgestellt. TG-MS-Untersuchungen geben erste Hinweise auf das Metallisierungsverhalten obiger Spezies. Die Charakterisierung der entsprechenden Komplexe erfolgte durch die Elementaranalyse, IR-Spektroskopie sowie in einzelnen Fällen durch die Einkristallröntgendiffraktometrie.

Vor dem Hintergrund der in der Mikroelektronik-Fertigung heute verbreiteten Kupfertechnologie werden in der vorliegenden Arbeit drei neuartige metallorganische Verbindungen, nämlich phosphitstabilisierte Kupfer(I)-Trifluoracetat-Komplexe vorgestellt und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) von Kupfer untersucht. Im einzelnen handelt es ich um die Substanzen Tris(trimethylphosphit)kupfer(I)trifluoracetat (METFA), Tris(triethylphosphit)kupfer(I)trifluoracetat (ETTFA) und Tri(tris(trifluorethyl)phosphit)kupfer(I)trifluoracetat (CFTFA). Mit den Substanzen erfolgen CVD-Experimente auf TiN und Cu bei Temperaturen <400°C. Die Precursoren werden dabei mittels eines Flüssigdosiersystems mit Verdampfereinheit der Reaktionskammer zugeführt. Während METFA wegen seiner ausreichend geringen Viskosität unverdünnt verwendet werden kann, kommen für ETTFA und CFTFA jeweils Precursor-Acetonitril-Gemische zum Einsatz. Mit keinem der Neustoffe können auf TiN geschlossene Kupferschichten erzeugt werden, während dies auf Kupferunterlagen in Verbindung mit Wasserstoff als Reduktionsmittel gelingt. Die Abscheiderate beträgt hierbei 2-3nm/min; der spezifische Widerstand der Schichten bewegt sich zwischen 4μΩcm und 5μΩcm. Mit allen Substanzen werden besonders an dünnen, gesputterten Kupferschichten Agglomerationserscheinungen und Lochbildung beobachtet. Im Fall von CFTFA treten zusätzlich Schäden am darunterliegenden TiN/SiO₂-Schichtstapel auf. Vergleichende Untersuchungen mit der für die Cu-CVD etablierten Substanz (TMVS)Cu(hfac) ergeben sowohl auf Cu als auch auf TiN geschlossene Kupferschichten. Dabei liegen die Abscheideraten bei Temperaturen zwischen 180°C und 200°C im allgemeinen deutlich über 100nm/min. Ein Vergleich dieser Resultate mit den Ergebnissen für die Neustoffe legt nahe, dass den untersuchten Kupfer(I)-Trifluoracetaten keine ausreichende Tauglichkeit für Cu-CVD-Prozesse in der Mikroelektronik-Technologie bescheinigt werden kann. Die im Vergleich zu (TMVS)Cu(hfac) höhere thermische Stabilität der Precursoren und ihre Fähigkeit, mit Wasserstoff als Reaktionspartner auf Cu geschlossene Kupferschichten erzeugen zu können, deutet jedoch auf ihre eventuelle Eignung für ALD-Prozesse hin. Daher widmet sich die Arbeit in einem abschließenden Kapitel dem Thema der Atomic Layer Deposition (ALD), wobei nach einem allgemeinen Überblick besonders auf für die Mikroelektronik relevante ALD-Prozesse eingegangen wird.

In dieser Arbeit wurden zunächst zwei Charakterisierungsmethoden zur zerstörungsfreien Detektion von Voids in lokalen Rückseitenkontakten bei PERC Solarzellen vorgestellt, die akustische Mikroskopie und die Computertomografie. Beide Messmethoden wurden anhand von Proben mit unterschiedlichen Al-Pasten getestet und mit beiden Messmethoden können Voids sehr gut erkannt werden. Zur Vermeidung von Voidbildung konnte der positive Einfluss der Siliziumbeimischung in die Al-Paste bestätigt werden. Desweiteren konnte anhand unterschiedlicher RTP Feuerprofile gezeigt werden, dass durch eine verlangsamte Aufheizphase die Bildung von Voids deutlich reduziert werden kann, während die Abkühlphase nur einen geringen Einfluss auf die Voidbildung zeigt. Mithilfe eigens hergestellter Al-Pasten, mit unterschiedlichen Al-Partikelgrößen, wurde gezeigt, dass Al-Pasten mit einer Mischung aus kleinen und großen Al-Partikeln ebenfalls einen positiven Einfluss auf die Ausbildung von Voids haben können.

Vor dem Hintergrund der in der Mikroelektronik-Fertigung heute verbreiteten Kupfertechnologie werden in der vorliegenden Arbeit drei neuartige metallorganische Verbindungen, nämlich phosphitstabilisierte Kupfer(I)-Trifluoracetat-Komplexe vorgestellt und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) von Kupfer untersucht. Im einzelnen handelt es ich um die Substanzen Tris(trimethylphosphit)kupfer(I)trifluoracetat (METFA), Tris(triethylphosphit)kupfer(I)trifluoracetat (ETTFA) und Tri(tris(trifluorethyl)phosphit)kupfer(I)trifluoracetat (CFTFA). Mit den Substanzen erfolgen CVD-Experimente auf TiN und Cu bei Temperaturen <400°C. Die Precursoren werden dabei mittels eines Flüssigdosiersystems mit Verdampfereinheit der Reaktionskammer zugeführt. Während METFA wegen seiner ausreichend geringen Viskosität unverdünnt verwendet werden kann, kommen für ETTFA und CFTFA jeweils Precursor-Acetonitril-Gemische zum Einsatz. Mit keinem der Neustoffe können auf TiN geschlossene Kupferschichten erzeugt werden, während dies auf Kupferunterlagen in Verbindung mit Wasserstoff als Reduktionsmittel gelingt. Die Abscheiderate beträgt hierbei 2-3nm/min; der spezifische Widerstand der Schichten bewegt sich zwischen 4μΩcm und 5μΩcm. Mit allen Substanzen werden besonders an dünnen, gesputterten Kupferschichten Agglomerationserscheinungen und Lochbildung beobachtet. Im Fall von CFTFA treten zusätzlich Schäden am darunterliegenden TiN/SiO₂-Schichtstapel auf. Vergleichende Untersuchungen mit der für die Cu-CVD etablierten Substanz (TMVS)Cu(hfac) ergeben sowohl auf Cu als auch auf TiN geschlossene Kupferschichten. Dabei liegen die Abscheideraten bei Temperaturen zwischen 180°C und 200°C im allgemeinen deutlich über 100nm/min. Ein Vergleich dieser Resultate mit den Ergebnissen für die Neustoffe legt nahe, dass den untersuchten Kupfer(I)-Trifluoracetaten keine ausreichende Tauglichkeit für Cu-CVD-Prozesse in der Mikroelektronik-Technologie bescheinigt werden kann. Die im Vergleich zu (TMVS)Cu(hfac) höhere thermische Stabilität der Precursoren und ihre Fähigkeit, mit Wasserstoff als Reaktionspartner auf Cu geschlossene Kupferschichten erzeugen zu können, deutet jedoch auf ihre eventuelle Eignung für ALD-Prozesse hin. Daher widmet sich die Arbeit in einem abschließenden Kapitel dem Thema der Atomic Layer Deposition (ALD), wobei nach einem allgemeinen Überblick besonders auf für die Mikroelektronik relevante ALD-Prozesse eingegangen wird.

Die Entwicklung der Mikroelektronik wird durch eine fortschreitende Miniaturisierung der Bauelemente geprägt. Infolge einer Reduzierung der Querschnittflächen von Leitbahnstrukturen erhöht sich die elektrische Leistungsdichte und das Metallisierungssystem bestimmt zunehmend die Übertragungsgeschwindigkeiten. Kupfer repräsentiert hierbei das verbreitetste Leitbahnmaterial und wird vorwiegend mittels elektrochemischer Abscheidung in vergrabene Damaszen-Strukturen eingebracht. Die vorliegende Dissertation beschreibt Möglichkeiten für eine Optimierung von Kupferleitbahnen für höchstintegrierte Schaltkreise. Von besonderem Interesse sind hierbei die Gefügequalität und der Reinheitsgrad. Es erfolgen umfangreiche werkstoffanalytische und elektrochemische Untersuchungen zur Charakterisierung von Depositionsmechanismen, des Einbaus von Fremdstoffen, des Mikrogefüges nach der Abscheidung und der Mikrogefügeumwandlung. In einem abschließenden Forschungsschwerpunkt werden Kupfer-Damaszen-Teststrukturen mit unterschiedlichen Gehalten nichtmetallischer Verunreinigungen hergestellt und entsprechenden Lebensdauerexperimenten unterzogen. Hierdurch gelingt eine Evaluierung des Einflusses jener Verunreinigungen auf die Elektromigrationsbeständigkeit von Kupferleitbahnen. Die Arbeit umfasst daher das gesamte Spektrum von der Grundlagenforschung bis zur Applikation von elektrochemisch abgeschiedenen Kupferdünnschichtmetallisierungen.

The exceptional self-assembly properties of DNA as well as its ability to interact with different kinds of chemical compounds and biological structures make this biomolecule to an interesting object for the fabrication of artificial nanostructures. In this work several methods for a DNA-based self-assembly of electronic nanocircuitry are explored. For this, four basic steps, which turned out to be essential within a circuit assembly process, are addressed: (i) The formation of multi-branched DNA junctions by a simple building-block procedure. (ii) The site-specific attachment of nanoobjects (gold colloids) at the center of DNA junctions. (iii) The integration of DNA into microstructured gold electrode arrays, in particular the stretching of single DNA molecules between two electrodes. For this a simple, but reliable methods for the functionalization of gold electrodes by using aminoethanethiol was developed, which enables end-specific attachment of the DNA but does not require DNA modification. (iv) The metallization of DNA. A synthesis procedure was developed, which results in the formation of continuous chains of 5nm platinum clusters along the DNA. The metal deposition process turned out to take place exclusively at the DNA while background metallization is completely suppressed.

In der vorliegenden Arbeit werden M(II)-Formiat-Komplexe mit M=Cu, Ni, Zn beschrieben. Das themogravimetrische Verhalten dieser Komplexe wird vorgestellt. TG-MS-Untersuchungen geben erste Hinweise auf das Metallisierungsverhalten obiger Spezies. Die Charakterisierung der entsprechenden Komplexe erfolgte durch die Elementaranalyse, IR-Spektroskopie sowie in einzelnen Fällen durch die Einkristallröntgendiffraktometrie.

In dieser Arbeit wurden zunächst zwei Charakterisierungsmethoden zur zerstörungsfreien Detektion von Voids in lokalen Rückseitenkontakten bei PERC Solarzellen vorgestellt, die akustische Mikroskopie und die Computertomografie. Beide Messmethoden wurden anhand von Proben mit unterschiedlichen Al-Pasten getestet und mit beiden Messmethoden können Voids sehr gut erkannt werden. Zur Vermeidung von Voidbildung konnte der positive Einfluss der Siliziumbeimischung in die Al-Paste bestätigt werden. Desweiteren konnte anhand unterschiedlicher RTP Feuerprofile gezeigt werden, dass durch eine verlangsamte Aufheizphase die Bildung von Voids deutlich reduziert werden kann, während die Abkühlphase nur einen geringen Einfluss auf die Voidbildung zeigt. Mithilfe eigens hergestellter Al-Pasten, mit unterschiedlichen Al-Partikelgrößen, wurde gezeigt, dass Al-Pasten mit einer Mischung aus kleinen und großen Al-Partikeln ebenfalls einen positiven Einfluss auf die Ausbildung von Voids haben können.

The exceptional self-assembly properties of DNA as well as its ability to interact with different kinds of chemical compounds and biological structures make this biomolecule to an interesting object for the fabrication of artificial nanostructures. In this work several methods for a DNA-based self-assembly of electronic nanocircuitry are explored. For this, four basic steps, which turned out to be essential within a circuit assembly process, are addressed: (i) The formation of multi-branched DNA junctions by a simple building-block procedure. (ii) The site-specific attachment of nanoobjects (gold colloids) at the center of DNA junctions. (iii) The integration of DNA into microstructured gold electrode arrays, in particular the stretching of single DNA molecules between two electrodes. For this a simple, but reliable methods for the functionalization of gold electrodes by using aminoethanethiol was developed, which enables end-specific attachment of the DNA but does not require DNA modification. (iv) The metallization of DNA. A synthesis procedure was developed, which results in the formation of continuous chains of 5nm platinum clusters along the DNA. The metal deposition process turned out to take place exclusively at the DNA while background metallization is completely suppressed.