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Eigenschaften von gesputterten n+-ZnO/c-Si Heterokontakten
Transport, Grenzfläche und Bandanpassung
Poschenrieder, Margarethe
Das n+-ZnO/c-Si-Heterosystem bietet die Möglichkeit zur relativ einfachen und umweltverträglichen (nicht-toxische Komponenten) Herstellung von Halbleiter-Heterostrukturen. Es wurden in der Literatur z.B. photovoltaische und optoelektronische Anwendungen angedacht. Von hohem kommerziellem Interesse ist das System durch äußerst geringe Material- und Herstel-lungskosten, die bei der Sputterdeposition von ZnO-Schichten auf Si-Wafern anfallen - wobei allerdings strukturelle Unordnung und Defekte im Grenzflächenbereich in Kauf zu nehmen sind. Unter dem Aspekt der defektreichen Grenzfläche wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit folgende Themen bearbeitet und bislang offene Fragen beantwortet: · Der relevante Transportmechanismus der Ladungsträger über die Grenzfläche ist durch Thermionische Emission gegeben; die hierzu eingeschlagenen energetischen Wege der Ladungsträger lassen sich in Analogie zum Metall-Halbleiter-Schottkykontakt beschreiben. · Für den Transportweg und -mechanismus im ZnO/p-Si-Kontakt sind Grenzflächenzustände verantwortlich, die innerhalb einer dünnen (für gesputterte Kontakte typischen) SiOx-Grenzflächenschicht lokalisiert sind. Hierzu wurden an unbehandelten und in Vakuum sowie in H-Atmosphäre getemperten Proben erstmals sytematisch die Barrierenhöhen, Idealitätsfaktoren und effektiven Richardson-Konstanten untersucht. Die in einigen Veröffentlichungen diskutierten (Multistep-)Tunnel-Rekombinationsprozesse sind für den Transport irrelevant. · Mit einer neuartigen Simulation der Barrierenhöhen im Rahmen der Cowley-Sze-Näherung wurde gezeigt, daß partielles Ferminiveau-Pinning eine wesentliche Rolle bei der Bandanpassung spielt. + Die Lage des Neutralniveaus wurde zu phi(0) = 0.8 eV oberhalb der Valenzbandkante bestimmt. Dieser Wert ist konsistent mit dem energetischen Bereich 0.7 - 1.0 eV der grenzflächennahen Defektniveaus, die für gesputterte Metall/Silizium-Kontakte in der Literatur berichtet werden. Der signifikante Unterschied zu phi(0) = 0.3 eV für gedampfte Metall/Silizium-Kontakte kann somit plausibel erklärt werden, und es bietet sich ein neuartiger Ansatz zur Interpretation der Barrierenhöhen und Bandanpassung für alle Halbleiter/Silizium- und Metall/Silizium-Kontakte aus sputternder Präparation. + Für die Elektronen-Austrittsarbeit des gesputterten ZnO wurde aus der Simulation ein Wert von ca. 4.7 eV ermittelt, der folgern läßt, daß der ZnO/c-Si-Kontakt für eine kommerzielle photovoltaische Anwendung grundsätzlich nicht geeignet ist. · Stärkere Nicht-Idealität in der I-V-Charakteristik einiger Proben kann eindeutig der lateralen Inhomogenität der Barrierenhöhe zugeschrieben werden. Die Übereinstimmungen zwischen simulierter und struktureller Inhomogenität legen nahe, daß die im Rahmen der Arbeit verwendeten Modelle und vergleichenden Analysen zur Interpretation von Nicht-Idealität in beliebigen inhomogenen Kontaktsystemen universell anwendbar sind.
