Diese Arbeit konzentriert sich auf die Charakterisierung der elektrischen und thermoelektrischen
Eigenschaften zwischen T<50 K und Raumtemperatur mittels elektrischer Transportmessungen.
Für ZnGa2O4 werden zusätzlich die thermischen Eigenschaften untersucht.
Für die Herstellung von elektrischen Bauelementen in der Halbleiterindustrie
sind dünne epitaktische Schichten von besonderem Interesse und werden daher
hier für ß−Ga2O3 systematisch studiert. Dabei wird zwischen Schichtdicken von d = 25 bis
225 nm unterschieden und die Resultate mit Volumenkristallen verglichen. Für ZnGa2O4
werden erste Untersuchungen an Einkristallen durchgeführt.
Für diese Arbeit wird eine neue Messplattform entwickelt, um die elektrischen und thermoelektrischen Eigenschaften charakterisieren zu können. Die Probenprozessierung wird
mittels optischer Lithographie, Magnetron-Sputtern und Lift-Off umgesetzt.
Für ß−Ga2O3 wird untersucht, welchen Einfluss das Wachstum und die Schichtdicke auf
die elektrischen und thermoelektrischen Eigenschaften hat. Durch nicht perfektes Wachstum
der Kristalle entstehen zweidimensionale Gitterfehler wodurch die Beweglichkeit ab und
der Betrag des Seebeck-Koeffizienten zunimmt. Zusätzlich ist das Wachstum schichtdickenabhängig.
Dünne Schichten weisen mehr null- und zweidimensionale Defekte auf, was
zu einer Abnahme der Beweglichkeit führt.
Durch das Studium der Streuprozesse im ß−Ga2O3 wird eine Aufteilung des Seebeck-
Koeffizienten in den thermodiffusiven und Phonon-Drag-Anteil durchgeführt. Für dünne Schichten (d<100 nm) nimmt der Phonon-Drag-Parameter bei T<150 K mit abnehmender Schichtdicke um eine Größenordnung zu, was für eine Zunahme der Phonon-Phonon- zu Elektron-Phonon-Streuzeit spricht.
Erste Messungen an ZnGa2O4-Volumenmaterial zeigen, dass es sich um einen entarteten
Halbleiter handelt. Der Seebeck-Koeffizient zeigt ebenfalls den Phonon-Drag-Effekt mit einem Maximum bei 60 K. Die Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur ist lambda=(22.9 ± 0.2) W/mK. / This work focuses on the characterization of the electric and thermoelectric transport properties
between T<50 K and room temperature using electrical transport measurements.
Furthermore the thermal transport properties of ZnGa2O4 are investigated. For the manufacturing
of electrical devices in the semiconductor industry thin epitaxial
films are of interest, hence they are studied extensively here for ß-Ga2O3. The film thicknesses
are varied between d = 25 and 225 nm and their properties are compared to those
of bulk material. For ZnGa2O4 first investigations are carried out on bulk material.
For this work, a novel measurement platform is developed to perform the electric and
thermoelectric characterization. The processing of the samples includes photolithography,
magnetron sputtering and lift-off.
The influence of the growth and film thickness of ß−Ga2O3 on the electric and thermoelectric
properties is studied. Due to non-perfect growth of the crystals twodimensional
defects are formed, which decrease the mobility and increase the absolute value of the
Seebeck-coefficient. Additionally the growth depends on the film thickness. Very thin films
exhibit more zero- and twodimensional defects, which decrease the mobility.
The knowledge of the scattering mechanisms in ß−Ga2O3 allow a splitting of the Seebeck coefficient
into the thermodiffusive and Phonon-Drag-part. For thin films (d<100 nm) and T<150 K the Phonon-Drag-parameter increases by an order of magnitude, which is explained by an increase of phonon-phonon- to electron-phonon-scattering times.
First measurements of ZnGa2O4-bulk material show, that it is a degenerate semiconductor. The Seebeck-coefficient shows the Phonon-Drag-effect as well, with a maximum
at 60 K. The thermal conductivity at room temperature is lambda= (22.9 ± 0.2) W/mK.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/23884 |
| Date | 27 August 2021 |
| Creators | Boy, Johannes |
| Contributors | Fischer, Saskia F., Riechert, Henning, Grundmann, Marius |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | (CC BY 4.0) Attribution 4.0 International, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
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