In dieser Arbeit wurde das reaktive Anlassen von
dünnen Kupfer-Indium-Schichten in
elementarem Schwefel mittels energiedispersiver Röntgenbeugung untersucht. Durch die simultane
Aufnahme der Röntgenspektren und der Messung der diffusen Reflexion von Laserlicht der
Wellenlänge 635 nm an der Oberfläche der Probe während des Schichtwachstums von CuInS<SUB>2</SUB>
konnte eine Methode zur Prozesskontrolle für ein Herstellungsverfahren von CuInS<SUB>2</SUB> etabliert werden.
<br><br>Die
Bildung von CuInS<SUB>2</SUB>
aus Kupfer-Indium-Vorläuferschichten wird dominiert von
Umwandlungen der intermetallischen Phasen. CuInS<SUB>2</SUB>
wächst innerhalb der Aufheizperiode ab einer Temperatur von ca.
200°C aus der Phase Cu<sub>11</sub>In<sub>9</sub>. Jedoch zerfällt letztere metallische Phase in Cu<sub>16</sub>In<sub>9</sub> und flüssiges
Indium bei einer Temperatur von ca. 310°C. Das flüssige Indium reagiert im Falle von Kupferarmut mit
dem Schwefel und führt zu einem zusätzlichen Reaktionspfad über InS zu CuIn<sub>5</sub>S<sub>8</sub>. Unter
Präparationsbedingungen mit Kupferüberschuss wird das Indium in einer intermetallischen Phase
gebunden.<br><br>Erstmals konnte die Phase Digenite bei Temperaturen über 240°C beobachtet werden.
Beim Abkühlen auf Raumtemperatur wandelt sich diese Phase unter dem Verbrauch von Schwefel in
Covellite um.<br><br>Für Proben mit
Kupferüberschuss konnte eine Wachstumskinetik proportional zur Temperatur
beobachtet werden. Dieses Verhalten wurde durch eine stress-induzierte
Diffusion als dominierenden Reaktionsmechanismus interpretiert. Dabei
werden während der Bildung von CuInS<SUB>2</SUB> durch unterschiedliche
Ausdehnungen der metallischen und sulfidischen Schichten eine Spannung in
der CuInS<SUB>2</SUB>-Schicht induziert, die nach Überschreiten einer Grenzspannung zu Rissen in der CuInS<sub>2</sub>-Schicht
führt. Entlang dieser Risse findet ein schneller Transport der Metalle zur Oberfläche, wo diese
mit dem Schwefel reagieren können, statt. Die Risse heilen durch die Bildung neuen Sulfids wieder aus. / In this work the reactive annealing of thin copper and
indium films in elemental sulphur was investigated by energy dispersive X-ray diffraction. Measuring
simultanously laser light diffusively reflected from the growth surface, a simple method for process
monitoring could be established. The process monitoring using 635 nm laser light can now independently
be used in production.<br><br>The growth of
CuInS<SUB>2</SUB> from copper-indium precursors is dominated by
transitions between intermetallic phases. CuInS<SUB>2</SUB>
growths in the heat up period above 200 °C from the
phase Cu<SUB>11</SUB>In<SUB>9</SUB>. However the latter metallic phase decomposes into Cu<SUB>16</SUB>In<SUB>9</SUB> and liquid indium at a
temperature of 310 °C. The liquid indium reacts in the case of copper deficiency with sulphur to InS.
This leads to an additional reaction path via InS to CuIn<SUB>5</SUB>S<SUB>8</SUB>. Under preparation conditions with copper
excess to the contrary, indium is bound in an intermetallic phase.<br><br>For the first time the phase
Digenite could be observed in a growth experiment at temperatures above 240 °C. During cool down to room
temperature this phase transforms to Covellite by consumption of sulphur.<br><br>For samples
with copper excess a growth kinetic proportional to the temperature was
observed. This behaviour is interpreted by a stress induced reaction
mechanism: During the formation of CuInS<SUB>2</SUB>, strain in the
CuInS<SUB>2</SUB> thin film is induced due to different expansion
coefficients of the metallic and sulphurous phases. After transgression of
a certain strain limit, cracks within CuInS<SUB>2</SUB> are formed. Along these cracks, fast
transport of metallic
species to the surface can occur. There these species can react with the sulphur. The cracks can heal up
by the formation of new sulphides.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:Potsdam/oai:kobv.de-opus-ubp:131 |
| Date | January 2003 |
| Creators | Pietzker, Christian |
| Publisher | Universität Potsdam, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät. Institut für Physik und Astronomie |
| Source Sets | Potsdam University |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | Text.Thesis.Doctoral |
| Format | application/pdf |
| Rights | http://opus.kobv.de/ubp/doku/urheberrecht.php |
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