In der vorliegenden Arbeit wird die Gruppe der amorphen oxidischen Halbleiter um das multi-kationische und multi-anionische Zinkmagnesiumoxinitrid erweitert
und der Ladungstransport für amorphes Zink-Zinnoxid, amorphes Zinkoxinitrid und Zinkmagnesiumoxinitrid mit einem \textit{Random Band-Edge}-Modell beschrieben. \\
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Im ersten Teil der Arbeit werden Zinkmagnesiumoxinitrid-Dünnfilme mit einem reaktiven Magnetron Co-Sputterverfahren abgeschieden und anschließend im Hinblick auf ihre strukturellen, optischen und elektrischen Eigenschaften untersucht. Der Magnesiumgehalt in den Dünnfilmen wird einmal durch die Leistung am Magnesiumtarget und einmal über die Abscheidung eines kontinuierlichen Kompositionsgradienten variiert. Mit Röntgen\-diffrakto\-metrie wird überprüft, ob sich im Vergleich zu amorphem Zinkoxinitrid durch Zugabe von Magnesiumkationen kristalline Phasen bilden. Mit spektroskopischer Ellipsometrie wird die dielektrische Funktion von Zinkoxinitrid und Zinkmagnesiumoxinitrid bestimmt und so der Einfluss der Magnesiumkationen auf das Absorptionsverhalten untersucht. Die Ladungsträgerkonzentration und Hall-Mobilität werden mit Hall-Effekt Messungen bestimmt und in Abhängigkeit vom Magnesiumgehalt dargestellt. Neben der Variation des Magnesiumgehalts wird der Einfluss von molekularem Stickstoffgas, das Angebot von Stickstoffradikalen mit einer Radiofrequenz-Plasmaquelle und die Auswirkungen der Targeterosion auf die elektrischen Eigenschaften der Zink\-magnesium\-oxinitrid-Dünnfilme untersucht.\\
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Im zweiten Teil der Arbeit wird eine Erweiterung des \textit{Random Band-Edge}-Modells von Nenashev \textit{et al.} [Phys. Rev. B 100, 125202 (2019)] zur Beschreibung des Ladungstransports in amorphen oxidischen Halbleitern eingeführt. Mit dem Modell werden die Potentialfluktuationen der Mobilitätskante quantifiziert. Außerdem werden theoretische Modellparameter für die intrinsische Bandmobilität, das Femilevel und die Dichte lokalisierter Defektzustände an der Mobilitätskante bestimmt. Dafür werden temperaturabhängige Hall-Effekt Daten von amorphem Zink-Zinnoxid, Zinkoxinitrid und Zinkmagnesiumoxinitrid ausgewertet. Für Zink-Zinnoxid werden drei Probenserien mit jeweils einem variierenden Prozessparameter evaluiert: das Zn:Sn-Kationenverhältnis und der Sauerstoffpartialdruck für eine Abscheidung mit der gepulsten Laserdeposition und der Gesamtdruck für das Magnetronsputterverfahren. Daneben wird Zinkoxinitrid mit einer Variation der Substrattemperatur und Zinkmagnesiumoxinitrid mit einer Variation der Magnesiumkationenkonzentration modelliert.:1 Einleitung
2 Grundlagen
2.1 Amorphe oxidische Halbleiter
2.2 Defekte in amorphen oxidischen Halbleitern
2.3 Amorphe oxiische Halbleiter im Detail
2.4 Ladunstransport in amrophen oxidischen Halbeleitern - eine Übersicht
2.5 Random Band-Edge-Modell nach Nenashev et al.
3 Methoden
3.1 Magnetronsputterverfahren
3.2 Chemische und strukturelle Charakterisierung
3.3 Optische Charakterisierung
3.4 Elektrische Charakterisierung
4 ZnMgON-Dünnfilme
4.1 Chemische Komposition
4.2 Strukturelle Eigenschaften
4.3 Optische Eigenschaften
4.4 Elektrische Eigenschaften
4.5 ZnMgON -Untersuchung der Prozessparameter im Detail
4.6 Diskussion und Zusammenfassung - ZnMgON-Dünnfilme
4.7 Abschätzung der Potentialfluktuationen durch einen Vergleich zwischen Hall- und Drude-Mobilität
5 Erweiterung des Random Band-Edge-Modells
5.1 Variation der Modellparameter des erweiterten RBE-Modells
6 Analyse des Ladungstransports in AOS mit dem erweiterten RBE-Modell
6.1 a-IGZO - Modellierung der elektrischen Transporteigenschaften
6.2 a-ZTO - Modellierung der elektrischen Transporteigenschaften
6.3 a-ZnON - Modellierung der elektrischen Transporteigenschaften
6.4 ZnMgON - Modellierung der elektrischen Transporteigenschaften
6.5 Diskussion
6.6 Zusammenfassung - Erweiterung des RBE-Modells
7 Zusammenfassung und Ausblick / In the present work, the amorphous oxide semiconductor zinc magnesium oxynitride, as a multi-cationic and multi-anionic compound, is deposited and characterized. Further, the electrical transport properties of amorphous zinc tin oxide, amorphous zinc oxynitride and zinc magnesium oxynitride are described by an extended \textit{random band-edge} model.\\
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In the first part of this work, zinc magnesium oxynitride thin films are deposited by reactive magnetron co-sputtering and are subsequently investigated with regard to their structural, optical and electrical properties. The magnesium content in the thin films is varied by the power at the magnesium target and by depositing a continuous composition gradient. X-ray diffractometry is used to check whether crystalline phases occur due to the addition of magnesium cations. Spectroscopic ellipsometry is used to determine the dielectric function of zinc oxynitride and zinc magnesium oxynitride to investigate the influence of magnesium cations on the absorption behavior. The charge carrier concentration and Hall-mobility are determined with Hall-effect measurements and are presented as a function of magnesium content. In addition to the variation of magnesium content, the influence of molecular nitrogen gas, the supply of nitrogen radicals with a radio frequency plasma source, and the effect of target poisoning on the electrical properties of zinc magnesium oxynitride thin films are investigated.\\
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In the second part of the work, an extension of the \textit{random band-edge} model by Nenashev \textit{et al.} [Phys. Rev. B 100, 125202 (2019)] is proposed to analyze the charge carrier transport in amorphous oxide semiconductors. The model allows quantifying the potential fluctuations of the mobility edge. Besides this, theoretical model parameters as the intrinsic band mobility, the Fermi level, and the density of localized defect states at the mobility edge are determined. Therefore, temperature-dependent Hall effect data of amorphous zinc tin oxide, zinc oxynitride and zinc magnesium oxynitride are evaluated. For zinc tin oxide three different sample series are evaluated: with Zn:Sn cation and oxygen partial pressure variation for a pulsed laser deposition process and with variation of the total pressure for a magnetron sputtering process. In addition, zinc oxynitride thin films with a variation of substrate temperature and zinc magnesium oxynitride thin films with a variation of magnesium cation concentration are modeled.:1 Einleitung
2 Grundlagen
2.1 Amorphe oxidische Halbleiter
2.2 Defekte in amorphen oxidischen Halbleitern
2.3 Amorphe oxiische Halbleiter im Detail
2.4 Ladunstransport in amrophen oxidischen Halbeleitern - eine Übersicht
2.5 Random Band-Edge-Modell nach Nenashev et al.
3 Methoden
3.1 Magnetronsputterverfahren
3.2 Chemische und strukturelle Charakterisierung
3.3 Optische Charakterisierung
3.4 Elektrische Charakterisierung
4 ZnMgON-Dünnfilme
4.1 Chemische Komposition
4.2 Strukturelle Eigenschaften
4.3 Optische Eigenschaften
4.4 Elektrische Eigenschaften
4.5 ZnMgON -Untersuchung der Prozessparameter im Detail
4.6 Diskussion und Zusammenfassung - ZnMgON-Dünnfilme
4.7 Abschätzung der Potentialfluktuationen durch einen Vergleich zwischen Hall- und Drude-Mobilität
5 Erweiterung des Random Band-Edge-Modells
5.1 Variation der Modellparameter des erweiterten RBE-Modells
6 Analyse des Ladungstransports in AOS mit dem erweiterten RBE-Modell
6.1 a-IGZO - Modellierung der elektrischen Transporteigenschaften
6.2 a-ZTO - Modellierung der elektrischen Transporteigenschaften
6.3 a-ZnON - Modellierung der elektrischen Transporteigenschaften
6.4 ZnMgON - Modellierung der elektrischen Transporteigenschaften
6.5 Diskussion
6.6 Zusammenfassung - Erweiterung des RBE-Modells
7 Zusammenfassung und Ausblick
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:81983 |
| Date | 04 November 2022 |
| Creators | Welk, Antonia |
| Contributors | Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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