Hochtemperatur-CVD-Wachstum von monokristallinen Zinkoxid-Schichten mit Kohlenwasserstoffen als Reduktionsmittel
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Projekts wurde das Methan-basierte ZnO-Kristallwachstum auf verschiedenen Substraten detailliert untersucht. Dank dieser Untersuchungen konnten fundamentale Einblicke in die Formierung von ZnO-Kristallen auf Saphir-Wirtskristallen errungen werden. Darüber hinaus zeigten die gewachsenen ZnO-Kristalle eine bisher unerreichte Reinheit und Kristallqualität. Ähnliche Ergebnisse konnten für die Beschichtung von Siliziumkristallen mit ZnO-Schichten erreicht werden. Hierbei wurde eine Methode entwickelt, um mittels eine Aluminium-Nitrid-Zwischenschicht kristallin hochwertige ZnO-Schichten zu züchten. Eine derartige - für sichtbares Licht transparente - Schicht ist stellt perspektivisch eine sehr aussichtsreiche Möglichkeit dar kostengünstig lichtdurchlässige Kontaktstrukturen (beispielsweise für Photovoltaikanwendungen) herzustellen. Darüber hinaus wurden in die ZnO-Schichten Eisenatome implantiert und deren Spektren optisch untersucht. Dabei standen vor allem Elektronen-Übergänge in der d-Schale der Eisenatoms im Fokus der Betrachtung. Mit Hilfe der experimentellen Daten konnte ein genaues und vollständiges quantenmechanisches Modell entwickelt werden. Dieses Model stellt das erste seiner Art für Eisen-Ionen in ZnO dar und erhöht somit das Verständnis der zu Grunde liegenden quantenmechanischen Vorgängen erheblich. Dieser zuletzt beschriebene Teil war bei der Antragsstellung nicht abzusehen und stellt somit eine Erweiterung des ursprünglich geplanten Forschungsumfangs dar.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- „Chemical Vapor Deposition Growth of Zinc Oxide on Sapphire with Methane: Initial Crystal Formation Process”. Crystal Growth & Design, 19, 4964–4969 (2019)
R. Müller, F. Huber, O. Gelme, M. Madel, J.-P. Scholz, A. Minkow, U. Herr, K. Thonke
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.cgd.9b00181) - "High quality ZnO layers grown by CVD on sapphire substrates with AlN nucleation layer". Crystal Growth & Design 20, 3918-3926 (2020)
R. Müller, F. Huber, M. Töws, M. Mangold, M. Madel, J. Scholz, A. Minkow, U. Herr und K. Thonke
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.cgd.0c00242) - “Epitaxial ZnO Layer Growth on Si(111) Substrates with an Intermediate AlN Nucleation Layer by Methane-Based Chemical Vapor Deposition”. Crystal Growth & Design 20, 6170-6185 (2020)
R. Müller, O. Gelme, J.P. Scholz, F. Huber, M. Mundszinger, Y. Li, M. Madel, A. Minkow, U. Kaiser, U. Herr, K. Thonke
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.cgd.0c00907) - “Fe–Li complex emission in ZnO”. J. Appl. Phys. 129, 085701 (2021)
R. Müller, M. Mangold, F. Huber, M. Schreck, U. Herr, K. Thonke
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/5.0041003)
