Diese Studie setzt sich zum Ziel, die makroskopischen optoelektronischen Eigenschaften von SnO2 Zinnoxid, einem transparenten leitfähigem Oxid, mit seiner mikroskopischen Morphologie und seiner elektronischen Struktur zu korrelieren. Zu diesem Zweck wurden etwa 300 Dünnschicht-Proben durch Sputterabscheidung synthetisiert und mit vielfältigen analytischen Methoden charakterisiert. Als Herausstellungsmerkmal dieser Arbeit ist hier besonders die Charakterisierung der elektronischen Struktur durch in-situ Photoelektronenspektroskopie zu nennen.

Das Herzstück der Arbeit ist die korrekte Bestimmung des SnO2 Fermi-Niveaus und die Extraktion weiterer physikalischer Informationen aus Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) Messungen. Der Vergleich mit Ladungsträgerkonzentrationen, die durch Hall-Effekt Messungen bestimmt wurden, zeigt eindeutig dass die üblicherweise angewendeten Methoden zu diesem Zweck nicht hinreichend sind, da dotiertes SnO2 ein entarteter Halbleiter ist. Ein geeigneter Ansatz zur Umgehung dieses Problems wird erfolgreich entwickelt.

Die so bestimmten Fermi-Niveaus werden anschließend dazu genutzt den Zusammenhang der optoelktronischen Materialeigenschaften von SnO2 Dünnschichten, dotiert mit Antimon oder Tantal, mit deren Mikrostruktur zu analysieren. Die Ergebnisse zeigen klar dass energetische Barrieren, die durch Bandverbiegungen an Korngrenzen entstehen, der limitierende Faktor für die elektrische Leitfähigkeit der Schichten sind. Bandverbiegungen an Korngrenzen und Oberflächen werden anhand von XPS und elektrischen Messungen eingehend charakterisiert, wozu es teilweise nötig ist, neue Methoden der Datenanalyse entwickelt. Diese analytischen Methoden werden dann zur Validierung eines neuartigen Dotier-Konzepts eingesetzt. Bei diesem "Isolator-Modulationsdotierung" genannten Ansatz wird die Bandanpassung an einer Al2O3-SnO2 Grenzfläche genutzt, um das Fermi-Niveau im SnO2 lokal über das klassische Dotierlimit zu zwingen, was bisher nicht möglich war.