Selbstdiffusion in amorphem Silizium

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 211026848

Amorphes Silizium (a-Si) ist der Prototyp eines amorphen Halbleiters. Trotz seiner technologischen Bedeutung v. a. im Bereich Solarzellen, Dünnschichttransistoren und Li-Ionen- Batterien liegen für dieses Basismaterial keinerlei experimentelle Daten bezüglich der Selbstdiffusionskoeffizienten vor. Dies ist auf die geringe atomare Beweglichkeit, aufgrund der kovalenten Bindung, gepaart mit der Metastabilität dieses Materials zurückzuführen, was einen experimentellen Zugang extrem erschwert. Die Kenntnis der Selbstdiffusion ist, neben einem grundlegenden Verständnis, wichtig für die thermische Stabilität und das Kristallisationsverhalten, zur Charakterisierung atomarer Punktdefekte sowie für eine Beschreibung struktureller Umordnungs- und Relaxationsvorgänge. Im Rahmen dieses Antrags soll erstmals die Selbstdiffusion in a-Si in Abhängigkeit von der Temperatur, der Glühzeit, dem Wasserstoffgehalt, der Dotierung und dem strukturellen Zustand (amorph/teilkristallin) charakterisiert werden. Die Experimente sollen mit Neutronenreflektometrie an [29Si/nat.Si]20- Isotopmultilagen erfolgen. Diese Methode ermöglicht es Diffusionslängen im Subnanometerbereich, unterhalb des kritischen Keimradius der Kristallisation, bei gleichzeitig niedrigen Diffusionskoeffizienten zu bestimmen. Sie ist daher hervorragend geeignet, die oben genannten Problemfaktoren zu überwinden und erfolgreiche Ergebnisse zu erzielen. Es sollen Parametersätze zur Modellierung von Kristallisations- und strukturellen Umordnungsvorgängen sowie Informationen über Aktivierungsenergien und den Transport vermittelnde Defekte ermittelt und mit den strukturellen Eigenschaften korreliert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen