SIMS-Untersuchungen an modernen Halbleitern : GaN und VO2

Abstract

Für einen industriellen Einsatz der technologisch hochinteressanten Halbleiter Galliumnitrid (GaN) und Vanadiumdioxid (VO2) ist die Beherrschung derHerstellung und das Verständnis der Materialeigenschaften unerläßlich. Das erfordert zwangsläufig eine intensive Analytik an den Materialien und derenBauelementen. In der vorliegenden Arbeit wird demonstriert, daß die Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) eine dafür hervorragend geeignete Methodeist. Dabei wird das gesamte Spektrum der Meßmöglichkeiten von SIMS eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Empfindlichkeitsfaktoren für verschiedene Elemente in GaN und VO2 bestimmt. Darüber hinaus wurde eineMethode entwickelt, die die Kontrolle der Stöchiometrie von VO2 erlaubt. Es sind damit in weiten Bereichen quantitative Analysen derMaterialzusammensetzung möglich. Neben diesen Vorarbeiten für zukünftige SIMS-Untersuchungen und einer Vielzahl wertvoller Informationen für die Schichthersteller wurden SIMS-Analysenerfolgreich eingesetzt, um wissenschaftliche Fragen der aktuellen Forschung zu klären. Die Untersuchung der Magnesiumdotierung von GaN mit SIMS bildet einen Schwerpunkt der Arbeit. Bearbeitet wurden Fragen zur Einbaugrenze von Mg inc-GaN, zum Zusammenhang von Mg-Konzentration und Ladungsträgerkonzentration und zu den Gitterkonstanten Mg-dotierten GaN's. Mit Hilfe derErgebnisse des letzten genannten Punktes kann man den Zusammenhang von Mg-Konzentration und den g-Faktoren des Mg-Akzeptors in GaN erklären. Daneben konzentrieren sich die Messungen auf GaN/InGaN Mehrschichtstrukturen. Mit einer Tiefenauflösung von bis zu 2 nm wurden tiefliegendeProbenbereiche gezielt hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung untersucht. Die SIMS-Untersuchungen dieser Arbeit an VO2 umfassen die Stöchiometriekontrolle, für die eine neuartige Methode auf der Basis des Valenzmodells derSekundärionenemission entwickelt wurde, und die Dotierung der Proben. Daraus hervor gingen eine Reihe von Optimierungsmöglichkeiten dieHerstellungstemperatur, die Methoden der Dotierung und die Handhabung betreffend. Desweiteren wurden VO2-Schichten auch eingehend optisch charakterisiert, um ihr Potential für den Einsatz als Architekturglasbeschichtung zu prüfen.Besonderer Wert wurde dabei auf die Optimierung der Schichteigenschaften hinsichtlich dieser Anwendung durch Fluor- und/oder Wolframdotierung undAntireflexschichten gelegt. Für Vanadiumdioxid wurde gezeigt, welches Potential es als Beschichtungsmaterial für intelligente Fensterverglasungen hat. Es zeichnet sich durch den einfachenAufbau, das Fehlen von externen Regelungen und Versorgungen und den Erhalt der klaren Durchsicht gegenüber alternativen schaltenden und schaltbarenArchitekturgläsern aus. Durch die Kombination der in dieser Arbeit aufgezeigten Optimierungsansätze wie Titandotierung und Antireflexschichten könnenVO2-beschichtete Fenster auch hinsichtlich der bautechnischen Kenngrößen zu einem marktfähigen Produkt entwickelt werden.