Untersuchung des reaktiven Sputterprozesses zur Herstellung von ...

6.2. Ätzverhalten von ZnO-Einkristallen 131
einem Ätzschritt in Kalilauge. In der Abbildung heben sich die einzelnen Kristallitsäulen
voneinander ab. Durch einen selektiven Ätzangriff werden einzelne Gruppen von
Kristallitsäulen entfernt, während andere Säulen nur langsam abgetragen werden. Dadurch
entstehen bis zum Substrat reichende Löcher, deren senkrecht zum Substrat verlaufende
Seitenwände durch die benachbarten Kristallitsäulen gebildet werden. Die Kristallite in
der Umgebung von entfernten Kristallitsäulen werden zusätzlich von der Seite angegriffen,
so dass sich die entstandenen Löcher mit der Ätzdauer lateral ausdehnen.
Die beste, zur Zeit bekannte Oberflächenstruktur für die Anwendung in Silizium-
Dünnschichtsolarzellen ist die in Abb. 2.13 gezeigte, regelmäßige Kraterstruktur der Schicht
RF3.
Alle hier beschriebenen ZnO:Al-Schichten besitzen eine kolumnare Struktur und eine starke
Textur mit der c-Achse senkrecht zur Substratoberfläche. Die meisten Schichten besitzen zusätzlich
eine kompakte Schichtstruktur, die vergleichbar mit der Zone 2 des modifizierten Thornton-
Modells ist [Kluth et al. (2003)]. Das unterschiedliche Ätzverhalten der im Rahmen dieser Arbeit
untersuchten, kompakten Schichten konnte nicht auf strukturelle Eigenschaften, die mittels XRD
bestimmt wurden, zurückgeführt werden. Das bedeutet, dass sich ZnO:Al-Schichten mit nahezu
identischen elektrischen, optischen und strukturellen Eigenschaften in einem Ätzschritt deutlich
unterschiedlich verhalten können.
Ein vollständiges, mikroskopisches Verständnis des Ätzverhaltens konnte bislang nicht erarbeitet
werden. Es ist nicht klar, welche Eigenschaft der ZnO:Al-Schichten für das unterschiedliche
Ätzverhalten oder für den bevorzugten Ätzangriff an bestimmten Positionen verantwortlich
ist. Um die Komplexität des Ätzverhaltens der ZnO:Al-Schichten besser verstehen zu können,
wird das Ätzverhalten am einfachsten Beispiel, den ZnO-Einkristallen, betrachtet.
6.2 Ätzverhalten von ZnO-Einkristallen
Das Ätzverhalten von Zinkoxid wurde bereits vor mehreren Jahrzehnten an Einkristallen untersucht
[Mariano und Hanneman (1963), Heiland und Kunstmann (1969)]. Die REM-Aufnahmen
der Einkristall-Oberflächen in Abb. 6.2 wurden von Müller (2004) nach einem Ätzschritt in
Salzsäure (oben) oder Natronlauge (unten) angefertigt. Die Bilder zeigen die Zink-terminierte
(001)-Oberfläche (links) und die Sauerstoff-terminierte (001)-Oberfläche (rechts). Diese beiden
gegenüberliegenden, polaren Oberflächen entwickeln in den Ätzmedien deutlich unterschiedliche
Morphologien. Auf der Zink-terminierten (001)-Oberfläche erfolgt der Angriff der Salzsäure
fast ausschließlich an den Positionen von Kristalldefekten, an denen sich hexagonale Krater
mit einem festem Öffnungswinkel bilden. Die Seitenflächen der Krater entsprechen den un-