Untersuchung des reaktiven Sputterprozesses zur Herstellung von ...

2.2. Zinkoxid 11
Transmission, Reflexion, Absorption
1.00
0.75
0.50
0.25
0
Bereich I
λ g
Bereich II
Reflexion
Bereich III
Transmission
Absorption
500 1500 2000 2500
Wellenlänge λ (nm)
Abbildung 2.2: Optische Transmission, Reflexion und Absorption einer ZnO:Al-Schicht als Funktion der Wellenlänge
(aus Kluth (2001)).
2.2.3 Optische Eigenschaften
Zinkoxid zeichnet sich durch eine hohe optische Transparenz im sichtbaren und nahen infraroten
(NIR) Spektralbereich als direkte Konsequenz ihrer großen Bandlücke (Eg = 3,2–3,4 eV) aus.
Eine für hoch dotierte Zinkoxidschichten typische Transmissionskurve zeigt Abb. 2.2. Bei den
optischen Eigenschaften sind drei Bereiche voneinander zu unterscheiden.
Bereich I: Bis zu einer Wellenlänge λg besitzen die einfallenden Photonen ausreichend Energie
für die Fundamentalanregung der Elektronen. Die korrespondierende Energie entspricht bei
einem undotierten, stöchiometrischen Kristall genau dem Bandabstand Eg0, also der minimal
notwendigen Energie zur Anregung eines Elektrons vom Valenzband in das Leitungsband. Dies
ist in Abb. 2.3(a) dargestellt. Für TCO-Materialien mit einer Bandlückenenergie Eg ≥ 3 eV liegt
diese Absorptionskante im UV-Bereich. Bei stark dotiertem Zinkoxid wird die genaue Lage der
optischen Absorptionskante aber neben der Bandlücke Eg0 noch durch zwei konkurrierende Effekte
bestimmt:
Vergrößerung der optischen Bandlücke: Mit steigender Ladungsträgerkonzentration
wird die Absorptionskante zu kürzeren Wellenlängen (oder größeren Energien) hin verschoben.
Dieser Effekt ist als Burstein-Moss-Verschiebung bekannt [Burstein (1954), Moss (1954)]. Er
λ P