In dieser Arbeit wurde das moderne Spektroskopieverfahren „push-broom hyperspectral imaging“ für die Analyse von multikristallinem Silicium eingesetzt. Diese Methode ermöglicht das gleichzeitige Aufzeichnen mehrerer Spektren. Daraus ergeben sich kürzere Messzeiten im Vergleich zu anderen spektroskopischen Aufbauten. So konnten strahlende Defektübergänge in multikristallinem Silicium umfassend charakterisiert werden. Die strahlenden Defekte sind an Korngrenzen („grain boundaries“) lokalisiert, weshalb die Bezeichnungen GB1-4 vergeben wurden. Die elektrische Aktivität dieser strahlenden Defekte ist vernachlässigbar. Sie beeinflussen nicht den Wirkungsgrad von multikristallinen Siliciumsolarzellen. Verschiedene experimentelle Ergebnisse weisen darauf hin, dass es sich um ausgeschiedene Verunreinigungen an Korngrenzen handelt.

No description available.

In EFG-Silizium wird Kohlenstoff weit über der Gleichgewichtslöslichkeit im Gitter eingebaut. In dünnen Bereichen der EFG-Bänder wird dabei mehr gelöster Kohlenstoff inkooperiert. Im EFG-Material liegen 4 · 10^17At/cm^3 Kohlenstoff in ausgeschiedener Form vor. Dabei bildet sich zum Einen in einigen Zwillingskorngrenzen eine monoatomare Schicht SiC aus, zum Anderen bilden sich Präzipitate, die kleiner als 60nm sind und kaum Spannungen in der Siliziummatrix erzeugen. Es wird vermutet, dass es sich um atomare Agglomerate aus wenigen Atomen Kohlenstoff und interstitiellen Siliziumatomen handelt. Diese Präzipitate verschlechtern die elektrischen Eingeschaften im Ausgangsmaterial. Durch eine veränderte Spülgaszusammensetzung (Zugabe von CO oder CO_2) während der Züchtung bilden sich Präzipitate größer als 60nm im Volumen der EFG-Bänder. Dadurch verbessert sich der Wirkungsgrad der gefertigten Solarzellen, verglichen mit den herkömmlichen EFG-Zellen.

Die elektronischen Eigenschaften von in-situ hergestellten Eisen/Silizium-Grenzflächen- schichten und Eisen-Silizium-Legierungen werden mittels Photoelektronenspektroskopie (UPS, XPS) untersucht. Die Grenzflächenschichten entstehen durch Bedampfen reiner Siliziumsubstrate unterschiedlicher Oberflächenstruktur mit Eisen bei einer nominellen Bedeckung von 0,1 - 15 Monolagen. Die Eisen-Silizium-Legierungen werden im gesamten Konzentrationsbereich durch Raumtemperaturabscheidung auf inerten Substraten präpariert und sind i.a. im amorphen Zustand. Sowohl amorphe als auch getemperte, polykristalline Legierungen werden systematisch untersucht. Neben der Messung von Valenzbandeigen- schaften werden lokale chemische und magnetische Eigenschaften mittels hochaufgelöster Rumpfniveauspektroskopie bestimmt. Die gemessenen Valenzbänder der amorphen Legierungen werden mit Bandstrukturrech- nungen amorpher Eisen-Bor-Legierungen verglichen. Die gute Übereinstimmung charakteristischer Valenzbandstrukturen lassen vermuten, daß die im Eisen-Bor-System vorherrschende p-d-Hybridisierung ebenfalls einen wichtigen Beitrag zur Bandstruktur des Eisen-Silizium-Systems liefert. Die lokalen chemischen und magnetischen Eigenschaften werden anhand einer ausführlichen Linienformanalyse des Fe2p3/2-Rumpfniveaus ermittelt. Unter Einbeziehung von Vielteilcheneffekten lassen sich die Linienparameter i.a. qualitativ und für die Bindungsenergieverschiebung in Abhängigkeit von der Legierungszusammen- setzung auch quantitativ verstehen. Die Valenzband- und die lokalen Eigenschaften werden für einen ausführlichen Vergleich zwischen Grenzflächenschichten und Legierungen genutzt. Es zeigt sich, daß Eisenbedeckungen bis 3,5 Monolagen zu homogen amorphen und in ihrer Zusammensetzung durchstimmbaren Legierungen führen.

Die elektronischen Eigenschaften von in-situ hergestellten Eisen/Silizium-Grenzflächen- schichten und Eisen-Silizium-Legierungen werden mittels Photoelektronenspektroskopie (UPS, XPS) untersucht. Die Grenzflächenschichten entstehen durch Bedampfen reiner Siliziumsubstrate unterschiedlicher Oberflächenstruktur mit Eisen bei einer nominellen Bedeckung von 0,1 - 15 Monolagen. Die Eisen-Silizium-Legierungen werden im gesamten Konzentrationsbereich durch Raumtemperaturabscheidung auf inerten Substraten präpariert und sind i.a. im amorphen Zustand. Sowohl amorphe als auch getemperte, polykristalline Legierungen werden systematisch untersucht. Neben der Messung von Valenzbandeigen- schaften werden lokale chemische und magnetische Eigenschaften mittels hochaufgelöster Rumpfniveauspektroskopie bestimmt. Die gemessenen Valenzbänder der amorphen Legierungen werden mit Bandstrukturrech- nungen amorpher Eisen-Bor-Legierungen verglichen. Die gute Übereinstimmung charakteristischer Valenzbandstrukturen lassen vermuten, daß die im Eisen-Bor-System vorherrschende p-d-Hybridisierung ebenfalls einen wichtigen Beitrag zur Bandstruktur des Eisen-Silizium-Systems liefert. Die lokalen chemischen und magnetischen Eigenschaften werden anhand einer ausführlichen Linienformanalyse des Fe2p3/2-Rumpfniveaus ermittelt. Unter Einbeziehung von Vielteilcheneffekten lassen sich die Linienparameter i.a. qualitativ und für die Bindungsenergieverschiebung in Abhängigkeit von der Legierungszusammen- setzung auch quantitativ verstehen. Die Valenzband- und die lokalen Eigenschaften werden für einen ausführlichen Vergleich zwischen Grenzflächenschichten und Legierungen genutzt. Es zeigt sich, daß Eisenbedeckungen bis 3,5 Monolagen zu homogen amorphen und in ihrer Zusammensetzung durchstimmbaren Legierungen führen.

In EFG-Silizium wird Kohlenstoff weit über der Gleichgewichtslöslichkeit im Gitter eingebaut. In dünnen Bereichen der EFG-Bänder wird dabei mehr gelöster Kohlenstoff inkooperiert. Im EFG-Material liegen 4 · 10^17At/cm^3 Kohlenstoff in ausgeschiedener Form vor. Dabei bildet sich zum Einen in einigen Zwillingskorngrenzen eine monoatomare Schicht SiC aus, zum Anderen bilden sich Präzipitate, die kleiner als 60nm sind und kaum Spannungen in der Siliziummatrix erzeugen. Es wird vermutet, dass es sich um atomare Agglomerate aus wenigen Atomen Kohlenstoff und interstitiellen Siliziumatomen handelt. Diese Präzipitate verschlechtern die elektrischen Eingeschaften im Ausgangsmaterial. Durch eine veränderte Spülgaszusammensetzung (Zugabe von CO oder CO_2) während der Züchtung bilden sich Präzipitate größer als 60nm im Volumen der EFG-Bänder. Dadurch verbessert sich der Wirkungsgrad der gefertigten Solarzellen, verglichen mit den herkömmlichen EFG-Zellen.

Mit wellenlängenabhängigen Messungen der Oberflächenphotospannung (Surface Photovoltage, SPV) lässt sich die Diffusionslänge von Ladungsträgern im Volumen von Siliziumproben messen. Das Ziel der Arbeit war es, mit Hilfe temperatur- und injektionsabhängiger Messungen der Diffusionslänge die Natur rekombinationsaktiver Defekte in kristallinem Silizium zu untersuchen. Im Rahmen der Arbeit wurde eine zu diesem Zwecke geeignete Messanlage sowie die nötigen Mess- und Auswerteprozeduren entwickelt. Die Möglichkeiten und Grenzen der aufgebauten Anlage wurden durch Messungen an gezielt mit Eisen, Kupfer oder Chrom verunreinigten mono- und multikristallinen Siliziumproben bewertet. Es zeigt sich, dass die SPV-Methode in einem jeweils begrenzten Temperatur- und Injektionsbereich bei Vorhandensein dominanter Defekte zur Defekt-Spektroskopie einsetzbar ist. Eine Anwendung fand das Verfahren an industriell relevantem, aufbereitetem metallurgischen Silizium (umg-Si).

The precise determination of the type and concentration of gases is of increasing importance in numerous applications. Despite the diverse operating principles of today´s gas sensors, technological trends can be summarized with the keyword miniaturization, because of the resulting benefits such as integrability and energy efficiency. This work deals with the development and fabrication of novel nanowire based gas sensors, which in comparison to conventional devices have an advantageous combination of high sensitivity and selectivity with low power consumption and small size. On the basis of grown silicon nanowires, sensors based on the functional principle of classical Schottky barrier field effect transistors with abrupt metal-semiconductor contacts are fabricated. The sensing performance of the devices is investigated with respect to the detection of ammonia. Ammonia concentrations down to 170 ppb are measured with a sensor response of more than 160 % and a theoretical limit of detection of 20 ppb is determined. Selectivity investigations show that no cross sensitivity to most common solvents occurring in living spaces exists. Moisture influences on the device are studied and reveal that the sensor responds within seconds, making it potentially suitable as humidity sensor. Moreover, it is shown that a higher relative humidity and higher temperatures decrease the sensor sensitivity. In terms of possible applications, it is a great advantage that the maximum sensitivity is achieved at 25 °C. With respect to sensitivity and selectivity an enhancement is demonstrated compared to most nanosensors known from the literature. Hence, the technology offers the potential to complement conventional measurement systems in future sensor technology especially in portable applications. / Die präzise Bestimmung der Art und Konzentration von Gasen erlangt in zahlreichen Anwendungsgebieten zunehmend an Bedeutung. Trotz der vielfältigen Wirkprinzipien heutiger Gassensoren lassen sich die technologischen Trends mit dem Schlagwort Miniaturisierung zusammenfassen, da sich daraus entscheidende Vorteile wie Integrierbarkeit und Energieeffizienz ergeben. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Herstellung neuartiger nanodrahtbasierter Gassensoren, welche im Vergleich zu klassischen Sensoren eine vorteilhafte Kombination von hoher Sensitivität und Selektivität bei geringem Stromverbrauch und geringer Größe aufweisen. Auf der Grundlage gewachsener Silizium-Nanodrähte werden Sensoren mit abrupten Metall-Halbleiter-Kontakten hergestellt, welche auf dem Funktionsprinzip klassischer Schottkybarrieren-Feldeffekttransistoren beruhen. Die Eignung der Sensoren wird in Bezug auf die Detektion von Ammoniak untersucht. Dabei kann eine minimale Ammoniakkonzentration von 170 ppb mit einer Signaländerung von mehr als 160 % gemessen werden, wobei die theoretische Nachweisgrenze mit 20 ppb ermittelt wird. Selektivitätsuntersuchungen zeigen, dass keine Querempfindlichkeit gegenüber den am häufigsten in Wohnräumen vorkommenden Lösungsmitteln besteht. Feuchtigkeitseinflüsse auf den Sensor werden untersucht und es wird nachgewiesen, dass der Sensor Ansprechzeiten im Sekundenbereich besitzt, was ihn zu einem potenziell geeigneten Feuchtigkeitssensor macht. Darüber hinaus wird gezeigt, dass eine höhere relative Luftfeuchtigkeit und höhere Umgebungstemperaturen die Sensorsensitivität verringern. In Bezug auf mögliche Einsatzgebiete stellt die maximale Empfindlichkeit bei 25 °C einen großen Vorteil da. Bezogen auf Sensitivität und Selektivität wird somit eine Verbesserung im Vergleich zu den meisten aus der Literatur bekannten Nanosensoren demonstriert. Damit bietet die Technologie das Potential, konventionelle Messsysteme in zukünftiger Sensorik vor allem in portablen Anwendungen zu ergänzen.

Versetzungen sind linienhafte Störungen in Kristallen und beeinflussen die mechanischen, elektrischen und optischen Eigenschaften des Halbleitermaterials. In dieser Arbeit werden die optischen Eigenschaften von Versetzungen in Silizium anhand des Studiums ihrer charakteristischen Lumineszenz, der sogenannten D-Linien, untersucht. Dabei wurden die Versetzungen in einkristallinen Siliziumproben verschiedener Orientierung in einem einstufigen Prozess mittels plastischer Verformung bei hohen Temperaturen erzeugt und ggf. in einem zweiten Schritt durch Hochlastverformung bei tieferen Temperaturen modifiziert. Als Methoden zur Untersuchung der optischen Eigenschaften der Versetzungen werden Photolumineszenz (PL)- und Kathodolumineszenz (KL)-Spektroskopie verwendet. Gleitstufen an der Probenoberfläche werden mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM), die Versetzungsanordnungen im Probenvolumen mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) abgebildet. Die Versetzungsstruktur der auf Einfachgleitung orientierten Proben ist durch relaxierte Versetzungen (einstufige Verformung) bzw. gerade Versetzungen (zweistufige Verformung) gekennzeichnet. In der auf Vielfachgleitung orientierten Probe werden mehrere Gleitsysteme gleichartig aktiviert. Es bildet sich ein Zellmuster aus, wobei das Innere der ca. 1 µm großen Zellen im Wesentlichen versetzungsfrei ist und die Zellwände eine hohe Versetzungsdichte aufweisen. Generell sind die mittleren Versetzungsdichten aller Proben hoch. Sie betragen zwischen 5 x 10^7 und 1 x 10^9 cm-2. Die Lumineszenz der einstufig verformten Proben ist durch das Auftreten von vier Linien (D1 bis D4) im Spektrum gekennzeichnet. In den zweistufig verformten Proben dominieren die Linien D5 und D6 die Lumineszenz. Die spektralen Positionen aller D-Linien entsprechen den aus der Literatur bekannten Daten. Die integrale Lumineszenzintensität im Bereich der D-Linien nimmt mit wachsender mittlerer Versetzungsdichte zu. Zusätzlich kann in den zweistufig verformten Proben eine bisher nicht identifizierte Lumineszenzlinie bei einer Energie von 1,090 eV festgestellt werden. Für diese Linie wird in dieser Arbeit die Bezeichnung P^2SD verwendet. In den KL-Abbildungen wird für alle D-Linien und die P^2SD-Linie im Wesentlichen eine örtlich homogene Lumineszenzverteilung festgestellt. Dies wird auf eine im Maßstab des KL-Wechselwirkungsvolumens homogene Versetzungsverteilung zurückgeführt. Die lokalen Schwankungen der KL um die mittlere Intensität betragen maximal 15 %. Diese Schwankungen äußern sich in hellen und dunklen Lumineszenzstreifen, deren Breite deutlich größer als der mittlere Versetzungsabstand ist. Aus dem Vergleich von KL-Bildern mit Rückstreuelektronenbildern der Oberflächengleitstufen ergeben sich folgende Aussagen: Die KL-Intensität der D3- und D4-Linie ist auf markanten Gleitbändern im Vergleich zur Umgebung verringert, wogegen die Intensität der Linien D1 und D2 auf markanten Gleitbändern erhöht ist. Für die D5-Bande, die D6-, und die P^2SD-Linie kann kein allgemeiner Zusammenhang zwischen der Lokalisierung der Lumineszenz und der Gleitaktivität festgestellt werden. Anhand der experimentellen Ergebnisse kann die D3-Linie als TO-Phononenreplik der D4-Linie identifiziert werden. Für die D4-Lumineszenz werden zwei Rekombinationsmodelle diskutiert. Zum einen kann sie durch die exzitonische Rekombination an eindimensionalen Energiebändern erklärt werden, die durch das Verzerrungsfeld der Versetzungen von den jeweiligen Volumenenergiewerten abgespalten sind. Zum anderen kann auch die Rekombination eines tief gebundenen Elektrons mit einem schwach gebundenen Loch für die D4-Lumineszenz verantwortlich sein. In jedem Fall ist das Auftreten der D4-Linie an die Existenz von relaxierten 60 °- und Schraubenversetzungen gebunden. Die D1-Linie wird als OGamma-Phononenreplik der D2-Linie vorgeschlagen. Die D2-Linie selbst kann als ein strahlender Übergang zwischen zwei gebundenen Zuständen eines zweidimensionalen Potentialtopfs endlicher Tiefe modelliert werden. Die Abmessungen dieses Potentialtopfs sind dabei durch die Ausdehnung von Kinken und Jogs auf der Versetzungslinie gegeben. Allerdings könnte auch ein interner Übergang zwischen den Niveaus eines tiefen Defekts innerhalb der Bandlücke als Erklärung herangezogen werden. Wegen der Zunahme der Lumineszenzintensiät der D2-Linie durch thermische Behandlungen sollten Kinken, Jogs, und Punktdefekte im Verzerrungsfeld der Versetzungen als Ursache der D2-Lumineszenz in Frage kommen. Auch die P^2SD-Linie kann mithilfe von zwei unterschiedlichen Rekombinationsmodellen erklärt werden (free-to-bound-Übergang oder exzitonische Rekombination an zweidimensionalen Energiebändern). Punktdefekte, die während des zweistufigen Verformungsprozesses entstehen, könnten die P^2SD -Linie hervorrufen.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Oberflächenglättung und selbstorganisierten Musterbildung auf Si(100) und Ge(100) durch Beschuss mit niederenergetischen Edelgasionen (Ne, Ar, Kr, Xe). Die Untersuchungen wurden für Ionenenergien zwischen 400 eV und 2000 eV für Ioneneinfallswinkel von 0° bis 85° durchgeführt. Zudem wurde die zeitliche Entwicklung spezifischer Erosionsformen durch die Variation der Fluenz über zwei Größenordnungen analysiert. In den Experimenten finden sich deutliche Anzeichen einer Facettierung sowie einer Vergröberung der Strukturen mit zunehmender Erosionszeit. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass von Beginn an gradientenabhängiges Zerstäuben und die Reflexion von Primärionen einen wesentlichen Einfluss auf die Strukturentwicklung haben. Die Ergebnisse werden im Kontext bestehender Musterbildungsmodelle diskutiert.