Heiße-Lumineszenz-Spektroskopie nichtstrahlender Rekombination in Silizium
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Verwendung von Silizium in Transistoren, Mikrochips und Solarzellen hat eine technologische Revolution ausgelöst. Das Verständnis seiner elektronischen Eigenschaften, die für die Leistung elektronischer Komponenten, insbesondere von Solarzellen, entscheidend sind, ist aufgrund der verschiedenen Rekombinationsmechanismen – hervorzuheben ist hier die im indirekten Halbleiter sehr wichtige Auger-Rekombination – nach wie vor komplex. Ziel des Projekts war es, das Verständnis der Rekombinationsmechanismen von Silizium durch Heiße- Lumineszenz-Spektroskopie zu vertiefen. Durch die Nutzung von Fortschritten in der Laserund Detektortechnologie sollte die Auger- und Defekt-Auger-Rekombination direkt analysiert werden, was Einblicke in die grundlegende Physik verspricht und auch technologische Fortschritte ermöglicht. Die Versuchsanordnung, die auf die Anforderungen der Messung der heißen Lumineszenz (die Emission heißer Ladungsträger) in Silizium zugeschnitten ist, wurde sukzessive verbessert: Sie ermöglicht den Nachweis von nur wenigen Photonen pro Stunde und wird nur durch intrinsische Beschränkungen des Detektors begrenzt. Durch die Verkürzung der Messzeiten von Wochen auf Minuten konnte die heiße Lumineszenz effizient nachgewiesen werden. Doch eine unerwartete Entdeckung änderte den ursprünglichen Versuchsplan. Es stellte sich heraus, dass das auf der Siliziumoberfläche aller Proben abgeschiedene Aluminiumoxid, vorgesehen für die Unterdrückung der Oberflächenrekombination, zur Bildung einer zweidimensionalen Elektronen-Loch-Schicht führte, ein Phänomen, das in einer derartigen Silizium-Heterostruktur noch nie beobachtet wurde. Das Projekt war gekennzeichnet durch die sorgfältige Suche nach der Ursache für diese unerwartete Emission. Dieser unerwartete Effekt ist faszinierend, erzeugt aber eine intensive heiße Lumineszenz, die die geplante Untersuchung stark behinderte. Trotz dieser Abweichung vom Plan bleibt die Bedeutung des Projekts bestehen. Das gewonnene Verständnis über das Entstehen zweidimensionaler Elektron-Loch Schichten an modulationsdotiertem Silizium eröffnet der Forschung neue Wege zur Untersuchung der Eigenschaften von – bei Solarzellen allgegenwärtigen Oberflächenbeschichtungen und bietet Einblicke in bisher unerforschte Gebiete des Verhaltens von Ladungsträgern in Silizium.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Hot luminescence of two-dimensional electron hole systems in modulation-doped silicon. Journal of Applied Physics, 135(7).
Heinz, Friedemann D.; Kwapil, Wolfram & Glunz, Stefan W.
