Untersuchung des reaktiven Sputterprozesses zur Herstellung von ...

5.4. Zusammenfassende Diskussion 127
Sputtern hauptsächlich Druckspannungen auf. Die entspannte Phase sollte demnach den geringsten
Gitterparameter entsprechend dem (002)-Peak mit dem größten Winkel aufweisen. In der
Druckserie und auch bei den statischen Depositionen liegt der größte Winkel bei etwa 34,5 ◦ .
Durch die Abkühlung des Substrates nach der Deposition wird die ZnO:Al-Schicht je nach Prozesstemperatur
um ca. 0,1 % entlang der c-Achse gestaucht. Die Peakverschiebung vom Referenzwert
(34,4 ◦ ) auf den Winkel der wahrscheinlich am wenigsten verspannten Phase (34,5 ◦ )
entspricht jedoch einer Stauchung um 0,3 %. Demnach hat die entspannte Phase der ZnO:Al-
Schichten vermutlich einen um mindestens 0,2 % kleineren Gitterparameter als die intrinsische
Referenz.
Ein Grund für den veränderten Gitterparameter ist die Dotierung des ZnO mit Aluminium.
Das Aluminiumion ist deutlich kleiner als das zu ersetzende Zinkion [Joos und Eucken (1955)],
so dass sich Bindungslängen der Al-O- und der Zn-O-Bindungen von 1,7 Å bzw. 2,0 Å ergeben
[van Bokhoven et al. (1999), Hellwege (1982)]. Daraus folgt eine Kontraktion des Wurtzitgitters
beim Einbau des Aluminiums. Die Veränderung des Gitterparameters mit steigendem Aluminiumgehalt
von 5,217 Å auf 5,195 Å konnte mittels XRD direkt beobachtet werden (siehe
Abb. 4.17). Szyszka und Jäger (1997) beobachteten ebenfalls eine Verschiebung der Röntgenpeaks
von Zinkoxid in Abhängigkeit vom Dotierstoff. Eine weitere Erklärung für den gestauchten
Gitterparameter können auch Zugspannungen sein, die hauptsächlich bei weichen Depositionsverfahren
mit ausschließlich niederenergetischen Teilchen beobachtet werden. Da die abgeschätzten
Druckspannungen in den hier vorgestellten ZnO:Al-Schichten sehr gering sind, dürfen
die Zugspannungen vielleicht auch für den Sputterprozess nicht vollständig vernachlässigt werden.
Der tatsächliche Wert des relaxierten Gitterparameters muss experimentell nachgeprüft werden.
Zu diesem Zweck sind Messung der durch die Schicht entstehenden Substratverbiegung
[Pedersen (2003)] in Vorbereitung.