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Sauerstoffaustausch polykristalliner kathodenzerstäubter Indiumoxid-Dünnschichten

Wachau, Andre :
Sauerstoffaustausch polykristalliner kathodenzerstäubter Indiumoxid-Dünnschichten.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2015)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Sauerstoffaustausch polykristalliner kathodenzerstäubter Indiumoxid-Dünnschichten
Language: German
Abstract:

Die elektronischen Volumen- und Oberflächeneigenschaften transparenter leitfähiger Oxide werden maßgeblich durch intrinsische Punktdefekte bestimmt. Veränderungen der Defektkonzentrationen durch Sauerstoffaustausch resultieren somit meist in starken Änderungen der Materialeigenschaften. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss der elektronischen Oberflächenpotentiale auf den Sauerstoffaustausch untersucht. Als Modellsystem dienten beschichtete und unbeschichtete Indiumoxid-Dünnschichten.

Im ersten Abschnitt werden zunächst partialdruckabhängige Leitfähigkeits(relaxations)messungen präsentiert und die Kinetik des Sauerstoffaustauschs diskutiert sowie Diffusionskoeffizienten für undotierte und Sn-dotierte Schichten bestimmt. Der Einfluss struktureller Änderungen der Schichten auf die Messungen wurde durch Röntgenbeugung untersucht. Die Bestimmung der Oberflächenpotentiale erfolgte mittels Photoelektronenspektroskopie (PES). Durch die Präparation epitaktischer Indiumoxidschichten konnte erstmals die Orientierungsabhängigkeit des Ionisationspotentials bestimmt werden. Der Befund ist von Bedeutung für die laterale Homogenität der Ladungsträgerinjektion an Grenzflächen polykristalliner In2O3-Elektroden mit organischen Halbleitern.

Im zweiten Teil wird der Einfluss des Ionisationspotentials auf den Sauerstoffaustausch analysiert. Hierzu wurden sehr dünne Aluminiumoxid-Deckschichten aufgebracht, um die Austrittsarbeit gezielt zu modifizieren. Die Bandanpassung an der Grenzfläche wurde insitu mittels PES bestimmt. Hierbei konnte gezeigt werden, dass der Bandversatz stark von der Depositionsmethode abhängt und das Fermi-Niveau durch ambipolare Defekte wie Wasserstoff fixiert werden kann. Anhand von Leitfähigkeitsrelaxations- und Hochdruck-XPS-Messungen wurde schließlich nachgewiesen, dass bereits Al2O3-Lagen im Subnanometerbereich den Sauerstoffaustausch fast vollständig unterdrücken. Dieser Befund wird in einem Modell zusammengefasst, welches den Einfluss von Austrittsarbeit und Ionisationspotential auf den Ladungstransfer beschreibt und durch zusätzliche Experimente zum Sauerstoffaustausch an Zinnoxidschichten gestützt wird.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The surface and bulk electronic properties of transparent conducting oxides are determined by intrinsic point defects. Changes in defect concentration by oxygen exchange frequently result in strong alterations of material properties. In this work the influence of the electronic surface potentials on oxygen exchange is studied. Coated and uncovered indium oxide thin films were used as model systems. Initially, partial pressure dependent conductivity relaxation measurements are presented and the oxygen exchange kinetics are examined. Diffusion coefficients of undoped and Sn-doped films are derived. The impact of structural changes of the films on the measurements was investigated by X-ray diffraction. Photoelectron spectroscopy (PES) was used to determine their electronic surface potentials. By means of epitaxial indium oxide layers the orientation dependent nature of the ionization potential was revealed for the first time. The result has serious implications for the lateral homogeneity of charge carrier injection at interfaces between polycrystalline In2O3 and organic semiconductors. The second part analyzes the influence of the ionization potential on oxygen exchange. Very thin layers of aluminium oxide are used to modify the work function intentionally. The band alignement was measured in situ by PES. It is shown that the band offset is strongly dependent on the deposition technique since the Fermi-level can be pinned by ambipolar defects like hydrogen. Based on conductivity relaxation and high pressure XPS measurements, it is finally proven that Al2O3 layers with sub-nanometer thickness effectively block the oxygen exchange. The result is summarized in a model which describes the influence of work function and ionization potential on the charge transfer. The model is supported by additional oxygen exchange experiments on tin oxide thin films. English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences
11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science
11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science > Surface Science
Date Deposited: 07 Apr 2015 11:07
Last Modified: 08 Apr 2015 09:00
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-44300
Referees: Klein, Apl. Prof. Andreas and von Seggern, Prof. Heinz
Refereed: 29 April 2014
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/4430
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