Untersuchung des reaktiven Sputterprozesses zur Herstellung von ...

110 5. Einfluss der Depositionsbedingungen auf die ZnO:Al-Schicht-Eigenschaften
mierte Lichtstreuung ergeben können (siehe Abb. 2.13). Die Schichten der Gruppe B besitzen
ebenfalls einen niedrigen spezifischen Widerstand. Die Salzsäure ätzt in diese ZnO:Al-Schichten
kleine und tiefe Krater, die eine starke Lichtstreuung hervorrufen. Der spezifische Widerstand der
Schichten aus Gruppe A ist schon leicht erhöht, liegt aber immer noch unterhalb von 10 −3 Ωcm.
Die geätzte Oberfläche besteht aus den Köpfen der unabhängig voneinander angegriffenen Kristallitsäulen.
Aufgrund der geringen Strukturgröße weit unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren
und insbesondere des infraroten Lichts wird das Licht nur wenig gestreut.
Diese Einteilung besitzt Analogien zum modifizierten Thornton-Modell für RF-gesputterte
Zinkoxidschichten [Kluth et al. (2003)]. Die Schichten der Gruppe C können mit ihren Eigenschaften
am äußeren Rand von Zone 2 eingeordnet werden. Die Schichten der Gruppe B zeigen
nach dem Ätzschritt deutlich steilere und kleinere Krater als die in Kluth et al. (2003) beschriebenen
Schichten aus der Grenzregion von Zone 2 zu Zone T. Auch bei Gruppe A gibt es deutliche
Unterschiede. Während die porösen Schichten aus Zone 1 des Modells für RF-gesputterte
ZnO:Al-Schichten nach dem Ätzen sehr glatt sind, bilden die porösen, MF-gesputterten Schichten
eine deutliche Rauigkeit aus, da die Kristallitsäulen zum Teil deutlich größere Durchmesser
besitzen und um mehr als 50 nm aus der Oberfläche herausragen. Die aus der Oberfläche ragenden
Kristallitsäulen können zusätzlich auch von der Seite angegriffen werden, wodurch ihre
scharfkantige und unregelmäßige Struktur entsteht.
Der Depositionsdruck, bei dem der strukturelle Übergang vollzogen wird, ist beim reaktiven
MF-Sputtern deutlich höher als beim nicht-reaktiven RF-Prozess. Eine solche Verschiebung wird
ebenfalls für DC-Anregungen von keramischen ZnO:Al2O3-Targets oder im Reaktiv-Prozess beobachtet
[Agashe et al. (2003), Kluth et al. (2003)] und kann mit einem höheren Energieeintrag
auf die aufwachsende Schicht durch die gesputterten Teilchen erklärt werden. Die Substrattemperatur
spielt für reaktiv gesputterte ZnO:Al-Schichten eine wichtige Rolle, da sie einerseits die
Transparenz der ZnO:Al-Schichten wesentlich beeinflusst und andererseits bei geringer Dotierung
für eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit erforderlich ist.
5.3 Arbeitspunkt
Der Arbeitspunkt spielt beim reaktiven Sputtern von TCOs generell eine wichtige Rolle für die
elektrischen und optischen Eigenschaften. Zu wenig Sauerstoff führt zu metallreichen, lichtabsorbierenden
Schichten. Ist zu viel Sauerstoff im Prozess vorhanden, so werden wenig leitfähige
Schichten mit verringerter Sputterrate abgeschieden [Szyszka (1999a)]. Im Laufe der Arbeit hat
sich herausgestellt, dass der Arbeitspunkt zusätzlich einen entscheidenden Einfluss auf die strukturellen
Eigenschaften und das Ätzverhalten hat. Die Stabilisierung des Reaktivprozesses im