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Untersuchung des reaktiven Sputterprozesses zur Herstellung von ...

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5.3. Arbeitspunkt 121<br />

Modus bei etwa 3 % und steigt im Übergangsbereich auf ein Maximum <strong>von</strong> ca. 20 % an. Zum<br />

metallischen Modus fällt H wieder steil ab.<br />

5.3.7 Diskussion<br />

Die elektrischen Eigenschaften werden durch den Arbeitspunkt wesentlich beeinflusst. Der Arbeitspunkt<br />

legt die Menge <strong>des</strong> vorhandenen Sauerstoffs fest. Je mehr Sauerstoff in die Schichten<br />

eingebaut wird, <strong>des</strong>to weniger freie Ladungsträger werden durch intrinsische oder extrinsische<br />

Dotierung erzeugt. Ein Überangebot an Sauerstoff oxidiert alle Zink- und Aluminiumatome vollständig,<br />

so dass ihre Elektronen fest gebunden sind und nicht zum Stromtransport beitragen. Neben<br />

dem Einfluss auf die Ladungsträgerkonzentration wird auch die Beweglichkeit verändert.<br />

Die Absenkung der Beweglichkeit für oxidische Arbeitspunkte ist strukturell bedingt. Die Kristallitgröße<br />

und die Textur der Schichten nimmt ab. Zusätzlich wird bei einem hohen Sauerstoffangebot<br />

Aluminiumoxid gebildet, welches sich vermutlich an den Korngrenzen anlagert [Fenske<br />

et al. (1999)]. Durch beide Effekte wird die Streuung der Ladungsträger an den Korngrenzen<br />

verstärkt. Im Übergangsbereich kann nahezu stöchiometrisches Zinkoxid mit kompakter Struktur<br />

und großen Kristalliten gebildet werden. Das Aluminium wird als Donator in die ZnO:Al-<br />

Schichten eingebaut und nicht an den Korngrenzen ausgeschieden, so dass die Korngrenzen nur<br />

einen geringen Einfluss auf den Transport der Elektronen haben. Für Arbeitspunkte nahe dem<br />

metallischen Modus steigt die Anzahl ionisierter Störstellen durch extrinsische oder intrinsische<br />

Dotierung an, und die Beweglichkeit nimmt ab.<br />

Die optischen Eigenschaften werden hauptsächlich durch die variierende Ladungsträgerkonzentration<br />

beeinflusst. Die Ladungsträgerkonzentration steigt mit der PEM-Intensität an und bestimmt<br />

die Burstein-Moss-Verschiebung sowie die Absorption im langwelligen Spektralbereich.<br />

Ein interessanter Effekt ist die mit dem Arbeitspunkt variierende Amplitude der Schichtdickeninterferenzen<br />

(siehe Abb. 5.14). Sie wird durch die Höhe der Reflexionen an der Vorder- und Rückseite<br />

der ZnO:Al-Schicht und den Grad der Kohärenz der beiden reflektierten Strahlen bestimmt.<br />

Eine Veränderung <strong>des</strong> Brechungsindexes <strong>des</strong> ZnO:Al führt zu anderen Reflexionskoeffizienten an<br />

den Grenzflächen. Zudem kann eine mikroskopisch raue Oberfläche nach der Effektivmedium-<br />

Approximation wie eine Brechungsindexanpassung wirken [Ferreira et al. (2003)]. Durch beide<br />

Effekte wird sowohl die Amplitude der Schichtdickeninterferenzen als auch die Gesamtreflexion<br />

verändert. Aus Simulationen der optischen Eigenschaften der ZnO:Al-Schichten [Ruske (2004)]<br />

wird deutlich, dass eine Veränderung sowohl der Oberflächenrauigkeit der ungeätzten Schichten<br />

als auch <strong>des</strong> Brechungsindexes <strong>des</strong> ZnO:Al für die Amplitudenvariation der Schichtdickeninterferenzen<br />

verantwortlich ist. Die Rauigkeit der ZnO:Al-Schichten muss noch gemessen werden,<br />

um diese Aussage experimentell zu bestätigen.

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