In der vorliegenden kumulativen Arbeit werden Untersuchungen am transparenten p-Typ Halbleiter Kupferiodid (CuI) beschrieben. Die Dünnschichtherstellung erfolgte mittels gepulster Laserabscheidung (PLD). Der Einfluss der Wachstumsbedingungen auf die strukturellen, morphologischen und elektrischen Eigenschaften wird dargelegt hinsichtlich des Ziels der Fabrikation funktioneller Schichten auf Basis von CuI. Dazu wird im ersten Teil der Arbeit der generelle Einfluss der PLD-Parameter auf das Schichtwachstum beschrieben. Ein dominierender Einfluss der Wachstumstemperatur auf die kristalline Qualität, Oberflächenrauhigkeit sowie Ladungsträgerdichte und Mobilität wurde beobachtet. Die 250nm dicken Dünnschichten zeigen im sichtbaren Bereich eine Transmittanz von bis zu 90%. Exzitonische Absorptions- und Lumineszenzcharakteristika konnten an solchen Schichten nachgewiesen werden. Eine schützende Deckschicht aus Al2O3 erwies sich als elementar zur Stabilisierung der elektrischen Eigenschaften und erlaubte die Fabrikation nicht-degenerierten Kupferiodids. Im zweiten Teil werden detail- lierte Untersuchungen des elektrischen Langzeitverhaltens von CuI in Abhängigkeit des Wachstums der Al2O3 Deckschichten diskutiert. Für Sauerstoff-defizientes Al2O3 zeigte das CuI komplexe elektrische Degradationsmechanismen, welche auf die Diffusion von Sauerstoff innerhalb der Heterostruktur zurückgeführt wurden. Die Ergebnisse beweisen einen dominierenden Einfluss extrinsischer Akzeptoren auf die elektrischen Eigenschaften von PLD gewachsenem CuI. Im Kontrast zum bisherigen Stand der Literatur spielen intrinsische Defekte für die Erklärung eine untergeordnete Rolle. Um eine Stabilisierung der Ladungsträgerdichten im Zusammenspiel mit Sauerstoff-defizientem Al2O3 zu er- reichen, wurden die CuI Dünnfilme mit Selen dotiert. Die Grenze zwischen Dotierung und Legierung, welche sich durch reduzierte Bandkantenenergien und eine einsetzende Phasenseparation definiert, wurde bestimmt. Weiterhin konnte die Bindungsenergie des Selen-Akzeptors in CuI bestimmt werden. Der finale Teil der Arbeit fokussierte sich auf die Unterdrückung der Bildung von Rotationsdomänen als dominierende Defekte von PLD gewachsenem CuI. Dieses Ziel wurde mittels PLD gewachsenen Natriumbromid (NaBr) Zwischenschichten auf kommerziellen Strontiumfluorid Substraten erreicht. Die Oberflächenrauigkeit von entsprechenden Dünnschichten ist deutlich reduziert. Unter Ausnutzung der hohen Wasserlöslichkeit von NaBr wurde ein epitaktischer Ablöseprozess entwickelt, der zur Herstellung frei stehender CuI Schichten geeignet ist. Das Wachstum von einkristallinen Volumenkristallen ist jedoch beschränkt, da bei Schichtdicken > 2 μm Defekthäufungen beobachtet werden und Rotationsdomänen auftreten.:1 Introduction
2 Theoretical Descriptions
2.1 Copper Iodide
2.1.1 Conductivity and Defect Chemistry
2.2 Epitaxy of Crystalline Thin Films
2.2.1 Stress and Strain
2.2.2 Heteroepitaxy of Copper Iodide
2.3 Electronic Defect States in Semiconductors
3 Experimental Methods
3.1 Sample Preparation by Pulsed Laser Deposition-PLD
3.1.1 Combinatorial and Eclipse PLD
3.2 Characterization Techniques
3.2.1 X-ray Diffraction-XRD
3.2.2 Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-Ray Spectrometry(EDX)
3.2.3 Atomic Force Microscopy-AFM
3.2.4 Laser Scanning Microscopy-LSM
3.2.5 Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry - ToF-SIMS
3.2.6 Rutherford Backscattering-RBS
3.2.7 Hall-Effect
3.2.8 Spectroscopic Ellipsometry
3.2.9 Photoluminsescence Spectroscopy-PL
3.2.10 Transmission Spectroscopy
4 Cumulative Part
4.1 Optimization of Copper Iodide Thin Film Growth by Pulsed Laser Deposition
4.2 Origin of Free Charge Carriers and p-Doping of PLD Copper Iodide
4.3 Suppression of Rotational Domains, Volume Crystals and Epitaxial Lift-Off
5 Summary and Outlook
Bibliography
List of Abbreviations
List of Publications
Author Contributions
Zusammenfassung nach Promotionsordnung §11(4)
Selbstständigkeitserklärung
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:81327 |
| Date | 11 October 2022 |
| Creators | Storm, Philipp |
| Contributors | Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English, German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/acceptedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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