Measurements

More documents

Recommendations

Info

Kurzfassung In der vorliegenden Arbeit wurden die elektronischen Eigenschaften von mikrokristallinen Silizium (µc-Si:H) Dünnschichten mittels Elektronen-Spin-Resonanz (ESR), transienter Photoleitung (Time-of-Flight (TOF)) und Messung der elektrischen Leitfähigkeit untersucht. Es wurden Modelle und mögliche Erklärungsansätze hinsichtlich der Natur und der energetischen Verteilung der elektronischen Defekte als Funktion des Filmaufbaus diskutiert und deren Auswirkungen auf den elektrischen Transport erörtert. Dazu wurde µc-Si:H mit strukturellen Eigenschaften im Bereich von hochkristallinem bis zu vollständig amorphen Schichten abgeschieden. Der Grad der Kristallinität wurde jeweils mittels Raman Spektroskopie bestimmt. Es zeigt sich, dass die gemessenen Spindichten N S mit dem strukturellen Aufbau der µc-Si:H Schichten korrelierten. Während die höchsten N S generell bei hochkristallinem Material gefunden werden, verringert sich die Spindichte mit zunehmenden amorphen Volumenanteil in den Schichten. Dies kann mit den zunehmenden Wasserstoffgehalt und der damit verbundenen Absättigung von offenen Bindungen an den Säulengrenzen erklärt werden. Ferner fungiert die zusätzlich zwischen den kristallinen Säulen eingebaute amorphe Phase als Passivierungsschicht, was zu einer effektiveren Absättigung von ”dangling bond” Zuständen an der Säulengrenzen führt. In Abhängigkeit von der Struktur der Filme, insbesondere der aktiven Oberfläche, zeigen sich deutliche reversible und irreversible nderungen im ESR-Signal als auch in der Dunkelleitfähigkeit der µc-Si:H Schichten. Die poröse Struktur des hochkristallenen Materials begünstigt die Eindiffusion von atmosphärischen Gasen, welche sowohl den Charakter als auch die Dichte der Oberflächenzustände beeinflussen. Als wesentliche Ursache wurden zwei Prozesse identifiziert, Adsorption und Oxidation. Beide führen zu einer Zunahme der Spindichte. Bei der Adsorption konnte diese auf eine reversible nderung der db 2 Resonanz (g=2,0052) zurückgeführt werden, während die db 1 Resonanz (g=2,0043) unverändert bleibt. Mit zunehmenden amorphen Anteilen in den Schichten nimmt die Größe der durch Adsorption und Oxidation hervorgerufenen Effekte ab, was auf eine zunehmende Kompaktheit der Filme zurückgeführt werden kann. iii
Messungen an n-dotierten µc-Si:H Filmen wurden zur Untersuchung der Zustandsdichte in der Bandlücke benutzt und bestätigten, dass die gemessene Spindichte N S mit der Defektdichte zusammenhängt. Die Resultate legen nahe, das für einen weiten Bereich von Strukturkompositionen die Verschiebung des Fermi- Niveaus durch die Kompensation von Zwischenbandzuständen bestimmt wird. Dies gilt für Dotierkonzentrationen kleiner als die Defektkonzentration im intrinsischen Material, während für höhere Dotierungen eine Dotiereffizienz von eins beobachtet wird. Es lässt sich folgern, das die Spindichte den Hauptteil der Zwischenbandzuständen repräsentiert (N S = N DB ). Die Kenntnis über Art und Dichte von Defekten ist von entscheidender Bedeutung beim Verständnis des Ladungsträgertransportes. Mittels TOF-Technik wurden pin-Dioden auf der Basis von µc-Si:H untersucht, sowie Löcherdriftbeweglichkeiten und die zugrundeliegenden Transportmechanismen bestimmt. Trotz der sehr hohen Kristallinität der Proben zeigen temperaturabhängige Messungen, das der Löchertransport durch ”Multiple Trapping” in einer exponentiellen Verteilung von Bandausläuferzuständen bestimmt ist, ein Verhalten das vorwiegend mit nichtkristallinen Materialien in Verbindung gebracht wird. Die Breite des Valenzbandausläufers konnte auf 31 meV bestimmt werden, was zu Löcherdriftbeweglichkeiten von 1-2 cm 2 /Vs führt. Diese Werte bestätigen das Vorhandensein von Beweglichkeitskanten für Löcher in mikrokristallinen Filmen und erweitern die Bandbreite von Materialien, für die eine anscheinend universale Bandbeweglichkeit in der Größenordnung von 1 cm 2 /Vs gefunden wird. iv
Page 1 and 2: Forschungszentrum Jülich in der He
Page 4 and 5: Forschungszentrum Jülich GmbH Inst
Page 8 and 9: Abstract The electronic properties
Page 10 and 11: Contents 1 Introduction 1 2 Fundame
Page 12 and 13: CONTENTS C Abbreviations, Physical
Page 14 and 15: Chapter 1 Introduction Solar cells
Page 16 and 17: defect states provided that they ar
Page 18 and 19: Chapter 8: In this chapter, the inf
Page 20 and 21: Chapter 2 Fundamentals In this firs
Page 22 and 23: 2.2 Electronic Density of States St
Page 24 and 25: 2.2 Electronic Density of States ta
Page 26 and 27: 2.2 Electronic Density of States Fi
Page 28 and 29: 2.3 Charge Carrier Transport influe
Page 30 and 31: 2.3 Charge Carrier Transport functi
Page 32 and 33: Chapter 3 Sample Preparation and Ch
Page 34 and 35: 3.1 Characterization Methods Figure
Page 36 and 37: 3.1 Characterization Methods Homoge
Page 38 and 39: 3.1 Characterization Methods µ Fig
Page 40 and 41: 3.1 Characterization Methods compar
Page 42 and 43: 3.1 Characterization Methods bution
Page 44 and 45: 3.1 Characterization Methods posite
Page 46 and 47: 3.2 Deposition Technique admixture
Page 48 and 49: 3.3 Sample Preparation 3.3.1 Sample
Page 50 and 51: 3.3 Sample Preparation reverse bias
Page 52 and 53: Chapter 4 Intrinsic Microcrystallin
Page 54 and 55: 4.2 Electrical Conductivity Figure
Page 56 and 57:
4.3 ESR Signals and Paramagnetic St
Page 58 and 59:
4.3 ESR Signals and Paramagnetic St
Page 60 and 61:
4.4 Discussion - Relation between E
Page 62 and 63:
4.4 Discussion - Relation between E
Page 64 and 65:
Chapter 5 N-Type Doped µc-Si:H In
Page 66 and 67:
5.2 Electrical Conductivity Figure
Page 68 and 69:
5.4 Dangling Bond Density Figure 5.
Page 70 and 71:
5.5 Conduction Band-Tail States Fig
Page 72 and 73:
5.6 Discussion concentration evalua
Page 74 and 75:
5.7 Summary Figure 5.7: Schematic b
Page 76 and 77:
Chapter 6 Reversible and Irreversib
Page 78 and 79:
6.1 Metastable Effects in µc-Si:H
Page 80 and 81:
Page 82 and 83:
Page 84 and 85:
Page 86 and 87:
Page 88 and 89:
6.2 Irreversible Oxidation Effects
Page 90 and 91:
Page 92 and 93:
Page 94 and 95:
6.3 On the Origin of Instability Ef
Page 96 and 97:
6.3 On the Origin of Instability Ef
Page 98 and 99:
Chapter 7 Transient Photocurrent Me
Page 100 and 101:
7.2 Transient Photocurrent Measurem
Page 102 and 103:
Page 104 and 105:
Page 106 and 107:
7.3 Temperature Dependent Drift Mob
Page 108 and 109:
7.4 Multiple Trapping in Exponentia
Page 110 and 111:
7.5 Discussion Table 7.2: Multiple
Page 112 and 113:
7.5 Discussion 7.5.3 The Meaning of
Page 114 and 115:
Chapter 8 Schematic Density of Stat
Page 116 and 117:
silicon as shown in Fig. 8.1 b, whi
Page 118 and 119:
Chapter 9 Summary In the present wo
Page 120 and 121:
Appendix A Algebraic Description of
Page 122 and 123:
Eq. A.7 then becomes L(t) F = sin(
Page 124 and 125:
Appendix B List of Samples Table B.
Page 126 and 127:
Table B.3: Parameters of n-type µc
Page 128 and 129:
Appendix C Abbreviations, Physical
Page 130 and 131:
µ d Drift mobility µ d,h Hole dri
Page 132 and 133:
Bibliography [1] E. Becquerel. Mém
Page 134 and 135:
BIBLIOGRAPHY [21] D. Will, C. Lerne
Page 136 and 137:
BIBLIOGRAPHY [45] H. Overhof and M.
Page 138 and 139:
BIBLIOGRAPHY [66] P.W. Anderson. Ab
Page 140 and 141:
BIBLIOGRAPHY [93] J.W. Orton and M.
Page 142 and 143:
BIBLIOGRAPHY [121] J.R. Haynes and
Page 144 and 145:
BIBLIOGRAPHY [148] W. Luft and Y.S.
Page 146 and 147:
BIBLIOGRAPHY [170] G.N. Advani, R.
Page 148 and 149:
List of Publications 1. T. Dylla, R
Page 150 and 151:
Acknowledgments At this point, I wa
Page 152 and 153:
Schriften des Forschungszentrums J
Page 154 and 155:
Page 156 and 157:
Page 159:
Forschungszentrum Jülich in der He
show all

Measurements

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?