Halbleitermaterialien sind in den elektrischen Anwendungen der heutigen Zeit unerlässlich
geworden. In dieser Arbeit wird der Fokus auf die Untersuchung der elektrischen und thermischen Eigenschaften von zwei Halbleiterklassen gelegt. Zum einen wird mit -Ga2O3 ein Mitglied der Klasse der transparenten leitfähigen Oxide untersucht.Hier wurden die elektrischen
Eigenschaften von dünnen Schichten (Dicke von 28nm-225nm) und Volumenkristallen
temperaturabhängig untersucht.Dabei zeigt sich bei Volumenkristallen und mindestens
150nm dicken Schichten eine Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit bis 100K durch
die Streuung von Elektronen an Störstellen und bei Temperaturen über 100K wieder ein
Abfall der elektrischen Leitfähigkeit durch Elektron-Phonon-Wechselwirkung.
Die Untersuchung der thermische Leitfähigkeit von beta-Ga2O3 zeigt ein anisotropes Verhalten
mit minimalen Werten in [100]-Richtung und maximalen Werten in [010]-Richtung.
Die Temperaturabhängigkeit der thermischen Eigenschaften zeigt eine Verringerung der
thermischen Leitfähigkeit und der thermischen Diffusivität mit steigender Temperatur.
Eine zweite untersuchte Materialklasse ist die der Kesterite. Zu dieser Kristallstruktur
wurden zwei Elementkonfigurationen untersucht, Kupfer-Zink-Zinn-Sulfid und Kupfer-
Zink-Zinn-Selenid. Der Transport bei Raumtemperatur und darunter findet über verschiedene
Tunnelprozesse lokalisierter Ladungsträger statt. Zusätzlich wird auf die Veränderung
der elektrischen Eigenschaften durch die Kristallinität und Komposition eingegangen.
Die thermischen Eigenschaften zeigen analog zum beta-Ga2O3 eine Dominanz
der Phonon-Phonon-Umklapp-Streuung bei hohen Temperaturen, während bei niedrigen
Temperaturen Streuung an Störstellen und Grenzflächen vorherrscht. Methodisch zeigt diese Arbeit unterschiedlichste Messmethoden zur Charakterisierung
der elektrischen und thermischen Eigenschaften, welche die Standardmethoden sowohl
nutzen, als auch sinnvoll erweitern. / Semiconductors are essential for electronic applications nowadays. Here, the electrical and thermal properties of two semiconductor classes with huge application potential are investigated. As a transparent conducting oxide beta-Ga2O3 is investigated. In this work, the temperature dependent electrical properties were investigated for bulk materials and thin films. An increase in the electrical conductivity until 100K is found through electron-impurity-scattering and a decrease at higher temperatures through electron-phonon-scattering for for films with a thickness of at least 150nm. The investigation of the thermal properties of -Ga2O3 show an anisotropy for the different crystal orientations with minimal primary axis values for the [100]-direction and maximal values for the [010]-direction. The temperature-dependence of the thermal properties shows a decease in conductivity and diffusivity for increasing temperature. For temperatures over 150K phonon-phonon-Umklapp-scattering can explain the measured values. For low temperatures phonon-impurity scattering is most likely the dominant
scattering mechanism. A second investigated material class are kesterites. For this crystal structure two configurations were investigated, copper-zinc-tin-sulfide and copper-zinc-tin-selenide. The electrical properties show semiconducting characteristics with p-type conduction. The transport processes are defined through localised thermal activated tunneling within
the band gap. Other reductions of the mobility are found by the crystalinity and the composition of the materials. The thermal properties show dominant phonon-phonon-
Umklapp-scattering at higher temperatures and phonon-impurity-scattering for lower
temperatures in a similar way as in beta-Ga2O3. This work shows new implemented measurement methods for investigating electrical and thermal properties as extentions to common methods.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/21283 |
| Date | 19 September 2019 |
| Creators | Handwerg, Martin |
| Contributors | Fischer, Saskia F., Schorr, Susan, 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-NC-ND 3.0 DE) Namensnennung - Nicht-kommerziell - Keine Bearbeitung 3.0 Deutschland, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/ |
| Relation | 10.1063/1.4965868, 10.1088/0268-1242/31/12/125006, 10.1088/0268-1242/30/2/024006 |
Page generated in 0.003 seconds