In dieser Arbeit wurden tiefe Zentren in p-leitendem Zinkselenid mittels Kapazitaetstransientenspektroskopie untersucht. Es wurden Au/p-ZnSe/p-GaAs-Schichtstrukturen verwendet Mit Strom-Spannungs- und Kapazitaets-Spannungs-Messungen erfolgte eine Vorcharakterisierung der Proben. Dies lieferte Aussagen zu den bei kleinen Spannungen wirkenden Barrieren des Schottky-Kontaktes und des Hetero¨uberganges und die Bandkantenoffsets. Die effektiven Akzeptorkonzentrationen im p-ZnSe wurden bestimmt. Mit der DLTS wurden vier Loecher-Haftstellen in den p-ZnSe-Schichten gefunden. Ihre thermischen Aktivierungsenergien waren 0,40eV, 0,62eV, 0,83eV und 0,65eV. Die Konzentration des tiefen Zentrums HT nimmt bei Temperung ¨uber 450~K zu; moeglicherweise aufgrund einer Eindiffusion des als Schottky-Kontakt dienenden Goldes. Einfangmessungen fuer das Zentrum HT ergaben einen thermisch aktivierten Einfang mit Multiphononenemission bei einer Einfangbarriere von 0,46eV. Die Entropieaenderung bei der Emission aus dem Zentrum HT wurde bestimmt. Die Emission aus dem Zentrum HT laeuft schneller als der Einfang ab. Moegliche Gruende dafuer werden diskutiert. Mit Isothermalen Kapazitaetstransienten-Messungen und Spannungsvariationen wurde das Emissionsverhalten des tiefen Zentrums HT weitergehend untersucht. Transparente Gold-Kontakte gestatteten eine Beeinflussung der Emissionstransienten mittels Lichteinstrahlung durch den Schottky-Kontakt.

Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von weitbandlückigen Halbleitern über raumladungszonenspektroskopische Methoden. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Detektion von elektronisch und optisch aktiven Defektzuständen in solchen Materialien. Die Experimente wurden exemplarisch an dem II-VI Halbleiter Zinkoxid (ZnO) durchgeführt, welcher inform von Volumenkristallen, Mikronadeln und Dünnfilmen zur Verfügung stand. Raumladungszonen wurden über Schottky-Kontakte realisiert. Nach einer Einführung in die Theorie der Raumladungszonenspektroskopie wird ein Überblick über Defekte in verschiedenartig gezüchteten ZnO gegeben. Dazu werden die Standardverfahren Strom-Spannungs-Messung, Kapazitäts-Spannungs-Messung, Thermische Admittanz- Spektroskopie (TAS) und Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) verwendet. Ergänzend wurden die auf weitbandlückige Halbleiter ausgelegten Verfahren Low Rate Deep Level Transient Spectroscopy (LR-DLTS) und Deep Level Optical Spectroscopy (DLOS) eingesetzt, mit welchen es möglich ist Defektzustände in der gesamten Bandlücke von ZnO nachzuweisen. Für die untersuchten Störstellenniveaus konnten somit die thermische Aktivierungsenergie, Einfangquerschnitte freier Ladungsträger und Photoionisationsquerschnitte bestimmt werden. Typischerweise werden tiefe Defekte durch die Bestrahlung mit hochenergetischen Protonen erzeugt. Derartige Behandlungen wurden an binären ZnO- und ternären (Mg,Zn)ODünnfilmen durchgeführt, wobei die Generationsrate eines Defektes über Variation der verwendeten Strahlungsdosis bestimmt wurde. Ionenimplantationen spielen eine große Rolle im Herstellungsprozess von Bauelementen, sind jedoch für ZnO nicht etabliert. Die Auswirkung der Implantation von inerten Argon-Ionen, sowie die nachträgliche thermische Behandlung auf die Konzentration intrinsischer Defekte wurde untersucht. Zink- und Sauerstoff-Implantationen bewirken, neben der Generation von Defekten, eine lokale Änderung der Stöchiometrie. Durch einen Vergleich der Defektkonzentrationen nach Zn-, O-, Ne- und Ar-Implantation können Rückschlüsse auf die chemische Natur intrinsischer Defekte geschlossen werden.

Quantum dots (QDs) are a semiconductor nanostructure in which a small island of one type of semiconductor material is contained within a larger bulk of a different one. These structure are interesting for a wide range of applications, including highly efficient LASERs, high-density novel memory devices, quantum computing and more. In order to understand the nature of QDs, electrical characterisation techniques such as capacitance-voltage (CV) profiling and deep-level transient spectroscopy (DLTS) are used to probe the nature of the carrier capture and emission processes. This is limited, however, by the nature of QD formation which results in a spread of sizes which directly affects the energy structure of the QDs. In this work, I sought to overcome this by using Si substrates patterned with a focused ion beam (FIB) to grow an array of identically-sized Ge dots. Although I was ultimately unsuccessful, I feel this approach has great merit for future applications.In addition, this thesis describes several unusual characteristics observed in InAs QDs in a GaAs bulk (grown by molecular beam epitaxy-MBE). Using conventional and Laplace DLTS, I have been able to isolate a single emission transient. I further show an inverted relation between the emission rate and the temperature under high field (emissions increase at lower temperatures). I attribute this to a rapid capture to and emission from excited states in the QD. In addition, I examine a metastable charging effect that results from the application of a sustained reverse bias and decreases the apparent emission rate from the dots. I believe this to be the result of a GaAs defect with a metastable state which acts as a screen, inhibiting emission from the dots due to an accumulation of charge in the metastable state. These unusual characteristics of QDs require further intensive work to fully understand. In this work I have sought to describe the phenomena fully and to provide hypotheses as to their origin.

In dieser Arbeit wurden tiefe Zentren in p-leitendem Zinkselenid mittels Kapazitaetstransientenspektroskopie untersucht. Es wurden Au/p-ZnSe/p-GaAs-Schichtstrukturen verwendet Mit Strom-Spannungs- und Kapazitaets-Spannungs-Messungen erfolgte eine Vorcharakterisierung der Proben. Dies lieferte Aussagen zu den bei kleinen Spannungen wirkenden Barrieren des Schottky-Kontaktes und des Hetero¨uberganges und die Bandkantenoffsets. Die effektiven Akzeptorkonzentrationen im p-ZnSe wurden bestimmt. Mit der DLTS wurden vier Loecher-Haftstellen in den p-ZnSe-Schichten gefunden. Ihre thermischen Aktivierungsenergien waren 0,40eV, 0,62eV, 0,83eV und 0,65eV. Die Konzentration des tiefen Zentrums HT nimmt bei Temperung ¨uber 450~K zu; moeglicherweise aufgrund einer Eindiffusion des als Schottky-Kontakt dienenden Goldes. Einfangmessungen fuer das Zentrum HT ergaben einen thermisch aktivierten Einfang mit Multiphononenemission bei einer Einfangbarriere von 0,46eV. Die Entropieaenderung bei der Emission aus dem Zentrum HT wurde bestimmt. Die Emission aus dem Zentrum HT laeuft schneller als der Einfang ab. Moegliche Gruende dafuer werden diskutiert. Mit Isothermalen Kapazitaetstransienten-Messungen und Spannungsvariationen wurde das Emissionsverhalten des tiefen Zentrums HT weitergehend untersucht. Transparente Gold-Kontakte gestatteten eine Beeinflussung der Emissionstransienten mittels Lichteinstrahlung durch den Schottky-Kontakt.

Metal-semiconductor contacts have been widely studied in the past 60 years. These structures are of importance in the microelectronics industry. As the scaling down of silicon-based complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) devices becomes more and more challenging, new material and device structures to relax this physical limitation in device scaling are now required. Germanium (Ge) has been proposed as a potential alternative to silicon. In this thesis a systematic study of the thermally induced reaction of transition metals with the n-Ge substrate is outlined. Investigations in the change of the electrical properties of the metal germanide structures is studied in a wide range of temperatures. Current-voltage (I-V), capacitance-voltage (C-V), deep level transient spectroscopy (DLTS) and high-resolution Laplace-DLTS (L-DLTS) techniques have been used for the electrical characterization of the fabricated Schottky contacts. Results obtained indicate the variation of the electrical properties of these Schottky contacts can be attributed to combined effects of interfacial reactions and phase transformation during the annealing process. The barrier height distribution in identically prepared Schottky contacts on n-Ge (100) showed that the barrier heights and ideality factors varied from diode to diode even though they were identically fabricated. The properties of the n-Ge Schottky contacts have revealed a strong dependence on temperature. The current transport mechanism has been shown to be predominantly thermionic emission at high temperatures while at low temperatures, the Schottky contacts have exhibited the dominance of the generation-recombination current mechanism. The variation of the Schottky barrier heights at low temperatures have been attributed to barrier inhomogeneities at the metal-semiconductor (MS) interface. Results from defect characterization by DLTS show that the E-centre is the dominant defect introduced in n-Ge by electron beam deposition during contact fabrication and substitutional related defects are induced during the annealing process. The identification of some of the defects was achieved by using defect properties, defect signature, annealing mechanisms and annealing behaviour and comparing these properties to the results from theoretical defect models. Annealing showed that defects in Ge can be removed by low thermal budget of between 250–350°C. Finally, structural characterization of these samples was performed by scanning electron microscopy (SEM) and Rutherford backscattering spectrometry (RBS) techniques. From the SEM images it can be observed that the onset temperature for agglomeration in the 30 nm Ni/n-Ge (100), and Pt/-, Ir/- and Ru/n-Ge (100) systems occur at 500–600°C and 600–700°C, respectively. / Thesis (PhD)--University of Pretoria, 2010. / Physics / unrestricted

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En raison de l'attrait croissant pour les applications haute tension, haute tempé-rature et haute fréquence, le carbure de silicium (SiC) continue d'attirer l'attention du monde entier comme l'un des candidats les plus compétitifs pour remplacer le sili-cium dans le champ électrique de puissance. Entre-temps, il est important de carac-tériser les défauts des semi-conducteurs et d'évaluer leur influence sur les dispositifs de puissance puisqu'ils sont directement liés à la durée de vie du véhicule porteur. De plus, la fiabilité, qui est également affectée par les défauts, devient une question incontournable dans le domaine de l'électricité de puissance.Les défauts, y compris les défauts ponctuels et les défauts prolongés, peuvent introduire des niveaux d'énergie supplémentaires dans la bande passante du SiC en raison de divers métaux comme le Ti, le Fe ou le réseau imparfait lui-même. En tant que méthode de caractérisation des défauts largement utilisée, la spectroscopie à transitoires en profondeur (DLTS) est supérieure pour déterminer l'énergie d'activa-tion Ea , la section efficace de capture Sigma et la concentration des défauts Nt ainsi que le profil des défauts dans la région d'épuisement grâce à ses divers modes de test et son analyse numérique avancée. La détermination de la hauteur de la barrière Schottky (HBS) prête à confusion depuis longtemps. Outre les mesures expérimentales selon les caractéristiques I-V ou C-V, différents modèles ont été proposés, de la distribution gaussienne du HBS au modèle de fluctuation potentielle. Il s'est avéré que ces modèles sont reliés à l'aide d'une hauteur de barrière à bande plate Phi_BF . Le tracé de Richardson basé sur Phi_BF ainsi que le modèle de fluctuation potentielle deviennent un outil puissant pour la caractérisation HBS. Les HBSs avec différents contacts métalliques ont été caractéri-sés, et les diodes à barrières multiples sont vérifiées par différents modèles. Les défauts des électrons dans le SiC ont été étudiés avec des diodes Schottky et PiN, tandis que les défauts des trous ont été étudiés dans des conditions d'injec-tion forte sur des diodes PiN. 9 niveaux d'électrons et 4 niveaux de trous sont com-munément trouvés dans SiC-4H. Une relation linéaire entre le Ea extrait et le log(sigma) indique l'existence de la température intrinsèque de chaque défaut. Cependant, au-cune différence évidente n'a été constatée en ce qui concerne l'inhomogénéité de la barrière à l'oxyde d'éther ou le métal de contact. De plus, les pièges à électrons près de la surface et les charges positives fixes dans la couche d'oxyde ont été étudiés sur des MOSFET de puissance SiC par polarisation de porte à haute température (HTGB) et dose ionisante totale (TID) provoquées par irradiation. Un modèle HTGB-assist-TID a été établi afin d'ex-plain l'effet de synergie. / Due to the increasing appeal to the high voltage, high temperature and high fre-quency applications, Silicon Carbide (SiC) is continuing attracting world’s attention as one of the most competitive candidate for replacing silicon in power electric field. Meanwhile, it is important to characterize the defects in semiconductors and to in-vestigate their influences on power devices since they are directly linked to the car-rier lifetime. Moreover, reliability that is also affected by defects becomes an una-voidable issue now in power electrics. Defects, including point defects and extended defects, can introduce additional energy levels in the bandgap of SiC due to various metallic impurities such as Ti, Fe or intrinsic defects (vacancies, interstitial…) of the cristalline lattice itself. As one of the widely used defect characterization method, Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) is superior in determining the activation energy Ea , capture cross section sigma and defect concentration Nt as well as the defect profile in the depletion region thanks to its diverse testing modes and advanced numerical analysis. Determination of Schottky Barrier Height (SBH) has been confusing for long time. Apart from experimental measurement according to I-V or C-V characteristics, various models from Gaussian distribution of SBH to potential fluctuation model have been put forward. Now it was found that these models are connected with the help of flat-band barrier height Phi_BF . The Richardson plot based on Phi_BF along with the potential fluctuation model becomes a powerful tool for SBH characterization. SBHs with different metal contacts were characterized, and the diodes with multi-barrier are verified by different models. Electron traps in SiC were studied in Schottky and PiN diodes, while hole traps were investigated under strong injection conditions in PiN diodes. 9 electron traps and 4 hole traps have been found in our samples of 4H-SiC. A linear relationship between the extracted Ea and log(sigma) indicates the existence of the intrinsic temper-ature of each defects. However, no obvious difference has been found related to ei-ther barrier inhomogeneity or contact metal. Furthermore, the electron traps near in-terface and fixed positive charges in the oxide layer were investigated on SiC power MOSFETs by High Temperature Gate Bias (HTGB) and Total Ionizing Dose (TID) caused by irradiation. An HTGB-assist-TID model was established in order to ex-plain the synergetic effect.

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