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SIMS-Untersuchungen an modernen Halbleitern : GaN und VO2

Burkhardt, Wolfgang


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URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-2008
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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: 1. Physikalisches Institut
Fachgebiet: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 15.12.1999
Erstellungsjahr: 1999
Publikationsdatum: 11.01.2000
Kurzfassung auf Deutsch: Für einen industriellen Einsatz der technologisch hochinteressanten Halbleiter Galliumnitrid (GaN) und Vanadiumdioxid (VO2) ist die Beherrschung der
Herstellung und das Verständnis der Materialeigenschaften unerläßlich. Das erfordert zwangsläufig eine intensive Analytik an den Materialien und deren
Bauelementen. In der vorliegenden Arbeit wird demonstriert, daß die Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) eine dafür hervorragend geeignete Methode
ist. Dabei wird das gesamte Spektrum der Meßmöglichkeiten von SIMS eingesetzt.


Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Empfindlichkeitsfaktoren für verschiedene Elemente in GaN und VO2 bestimmt. Darüber hinaus wurde eine
Methode entwickelt, die die Kontrolle der Stöchiometrie von VO2 erlaubt. Es sind damit in weiten Bereichen quantitative Analysen der
Materialzusammensetzung möglich.
Neben diesen Vorarbeiten für zukünftige SIMS-Untersuchungen und einer Vielzahl wertvoller Informationen für die Schichthersteller wurden SIMS-Analysen
erfolgreich eingesetzt, um wissenschaftliche Fragen der aktuellen Forschung zu klären.


Die Untersuchung der Magnesiumdotierung von GaN mit SIMS bildet einen Schwerpunkt der Arbeit. Bearbeitet wurden Fragen zur Einbaugrenze von Mg in
c-GaN, zum Zusammenhang von Mg-Konzentration und Ladungsträgerkonzentration und zu den Gitterkonstanten Mg-dotierten GaN's. Mit Hilfe der
Ergebnisse des letzten genannten Punktes kann man den Zusammenhang von Mg-Konzentration und den g-Faktoren des Mg-Akzeptors in GaN erklären.
Daneben konzentrieren sich die Messungen auf GaN/InGaN Mehrschichtstrukturen. Mit einer Tiefenauflösung von bis zu 2 nm wurden tiefliegende
Probenbereiche gezielt hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung untersucht.


Die SIMS-Untersuchungen dieser Arbeit an VO2 umfassen die Stöchiometriekontrolle, für die eine neuartige Methode auf der Basis des Valenzmodells der
Sekundärionenemission entwickelt wurde, und die Dotierung der Proben. Daraus hervor gingen eine Reihe von Optimierungsmöglichkeiten die
Herstellungstemperatur, die Methoden der Dotierung und die Handhabung betreffend.
Desweiteren wurden VO2-Schichten auch eingehend optisch charakterisiert, um ihr Potential für den Einsatz als Architekturglasbeschichtung zu prüfen.
Besonderer Wert wurde dabei auf die Optimierung der Schichteigenschaften hinsichtlich dieser Anwendung durch Fluor- und/oder Wolframdotierung und
Antireflexschichten gelegt.

Für Vanadiumdioxid wurde gezeigt, welches Potential es als Beschichtungsmaterial für intelligente Fensterverglasungen hat. Es zeichnet sich durch den einfachen
Aufbau, das Fehlen von externen Regelungen und Versorgungen und den Erhalt der klaren Durchsicht gegenüber alternativen schaltenden und schaltbaren
Architekturgläsern aus. Durch die Kombination der in dieser Arbeit aufgezeigten Optimierungsansätze wie Titandotierung und Antireflexschichten können
VO2-beschichtete Fenster auch hinsichtlich der bautechnischen Kenngrößen zu einem marktfähigen Produkt entwickelt werden.
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