TY - BOOK

T1 - Untersuchung an Dünnschichtsystemen auf Basis des Fotoeffekts im Halbleiter

AU - Gerhardt, Ilja

PY - 1999

Y1 - 1999

N2 - Bestrahlt man einen Halbleiter mit Licht, werden in diesem Elektronen Loch Paare erzeugt. An einer Raumladungszone, wie sie z.B. durch einen Dotierungswechsel oder ein angelegtes elektrisches Feld erzeugt werden kann, können sich die einzelnen Ladungsträger trennen. Dieser Effekt wird z.B. in einer Solarzelle genutzt um Strom zu erzeugen. Nutzt man eine sogenannte MIS Struktur, welche aus einer Schichtenfolge Metall Isolator Halbleiter (engl. Semiconductor) besteht, kann die Ladungstrennung durch eine angelegte Vorspannung erfolgen. Legt man an einen dotierte Struktur ein starkes negatives Feld an, sammeln sich positive Ladungsträger an der Halbleiter Isolator Grenzschicht. Bei Bestrahlung mit Licht werden Elektronen Loch Paare erzeugt, die sich in dieser Raumladungszone verteilen. Jedoch können die getrennten Ladungsträger nicht ungestört abfliessen. Dies wird durch den in der Struktur befindlichen Isolator verhindert. Aus diesem Grund lädt sich der von Metall Isolator Halbleiter gebildete Kondensator auf. Ist dieser aufgeladen, können keine weiteren Ladungsträger mehr fliessen. Lediglich die Rekombination der Ladungsträger an der Halbleiter Isolator Grenzschicht oder im Bulk bietet einen Gegenspieler zu diesem Vorgang. Bei wiederholtem Ein und Ausschalten des Lichts wird somit der Kondensator wechselweise be und entladen; das lässt sich an einem Wechselstromfluss detektieren. Beleuchtet man von einem Halbleiterstück nur einen kleinen Teil, wird nur dort ein Fotostrom erzeugt. Dieser beinhaltet Informationen über den beleuchteten Bereich der Struktur. Dieses Prinzip wird im LAPS dem Licht Adressierbaren Potenziometrischen Sensor genutzt. Dabei wird eine chemisch sensitive Schicht auf den Isolator aufgebracht. Verändert man die chemischen Eigenschaften einer Elektrolytlösung über dieser Schicht, kann hieraus eine Potenzialverschiebung resultieren. Diese Potenzialverschiebung addiert (bzw. subtrahiert) sich zur angelegten Spannung. Verändert sich örtlich auf dem Sensor das Potenzial der chemisch sensitiven Schicht, wird dies in dem entstehenden Fotostrom widergespiegelt. Misst man diese Potenzialänderungen ortsaufgelöst, indem man nur einen Teil der Struktur mit Licht bestrahlt, erhält man ein Bild der Oberfläche. Mit diesem Aufbau lassen sich ortsaufgelöste Bilder z.B. von Zellkulturen oder deren Metaboliten erhalten. Dünne Filme von nichtmetallischen Festkörpern haben häufig kapazitive Eigenschaften. Diese Eigenschaften kann man mit Ersatzschaltbildern beschreiben. Leitet der Film den elektrischen Strom auch im Gleichstromfall, verändert sich das Ersatzschaltbild der Struktur. Der Widerstand der Struktur lässt sich nicht mehr durch einen einfachen Kondensator beschreiben. Dieser komplexe Wechselstromwiderstand wird als Impedanz bezeichnet. In der Chemie wird die Untersuchung von Impedanzen zur Bestimmung von Grenzflächenparametern genutzt. Bei der Impedanzspektroskopie lassen sich elektrische Ersatzschaltbilder von verschiedenen Grenzflächen bestimmen. Mit diesen Schaltbildern können Teile dieser Grenzflächen beschrieben werden. Die dieser Arbeit zu Grunde liegende Idee ist, die Technik des LAPS mit der Untersuchungsmöglichkeit der Impedanzspektroskopie zu kombinieren. Beleuchtet man nur einen Teil der Halbleiterstruktur, Bisweilen dient auch der Isolator selbst als chemisch sensitive Schicht gibt der entstehende Fotostrom nicht nur Auskünfte über die jeweiligen chemischen Parameter der äusseren Grenzfläche, auch die Impedanz der Grenzschicht lässt sich bestimmen. Für dieses Verfahren wird von W. MORITZ und S. KRAUSE die Bezeichnung SPIM für Scanning Photoinduced Impedance Microscopy vorgeschlagen. Ziel der Arbeit war der Aufbau eines kompletten Versuchsaufbaus, der lateral aufgelöste Messungen an MIS Halbleiterstrukturen ermöglicht. Ein wesentlicher Aspekt war die Miniaturisierung des optischen Aufbaus. Als Lösungsansatz wurde hier die Verwendung einer CD Spieler Optik verfolgt. Darüber hinaus sollten die Hauptparameter, mit denen Impedanzmessungen an diesen MIS Strukturen durchgeführt werden, mittels halbleitertheoretischen Überlegungen optimiert werden. Im Fokus standen hierbei die Höhe des Fotostromsignals und eine ideale laterale Auflösung. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse sollten, soweit zugänglich, praktisch überprüft werden. Zu diesem Zweck wurden Messungen an Silizium mit verschiedenen Dotierkonzentrationen durchgeführt. Auch das Halbleitermaterial selbst wurde variiert. Sämtliche Proben wurden auf Leckstrom, die HF CV Kurve und Fotostrom untersucht.

AB - Bestrahlt man einen Halbleiter mit Licht, werden in diesem Elektronen Loch Paare erzeugt. An einer Raumladungszone, wie sie z.B. durch einen Dotierungswechsel oder ein angelegtes elektrisches Feld erzeugt werden kann, können sich die einzelnen Ladungsträger trennen. Dieser Effekt wird z.B. in einer Solarzelle genutzt um Strom zu erzeugen. Nutzt man eine sogenannte MIS Struktur, welche aus einer Schichtenfolge Metall Isolator Halbleiter (engl. Semiconductor) besteht, kann die Ladungstrennung durch eine angelegte Vorspannung erfolgen. Legt man an einen dotierte Struktur ein starkes negatives Feld an, sammeln sich positive Ladungsträger an der Halbleiter Isolator Grenzschicht. Bei Bestrahlung mit Licht werden Elektronen Loch Paare erzeugt, die sich in dieser Raumladungszone verteilen. Jedoch können die getrennten Ladungsträger nicht ungestört abfliessen. Dies wird durch den in der Struktur befindlichen Isolator verhindert. Aus diesem Grund lädt sich der von Metall Isolator Halbleiter gebildete Kondensator auf. Ist dieser aufgeladen, können keine weiteren Ladungsträger mehr fliessen. Lediglich die Rekombination der Ladungsträger an der Halbleiter Isolator Grenzschicht oder im Bulk bietet einen Gegenspieler zu diesem Vorgang. Bei wiederholtem Ein und Ausschalten des Lichts wird somit der Kondensator wechselweise be und entladen; das lässt sich an einem Wechselstromfluss detektieren. Beleuchtet man von einem Halbleiterstück nur einen kleinen Teil, wird nur dort ein Fotostrom erzeugt. Dieser beinhaltet Informationen über den beleuchteten Bereich der Struktur. Dieses Prinzip wird im LAPS dem Licht Adressierbaren Potenziometrischen Sensor genutzt. Dabei wird eine chemisch sensitive Schicht auf den Isolator aufgebracht. Verändert man die chemischen Eigenschaften einer Elektrolytlösung über dieser Schicht, kann hieraus eine Potenzialverschiebung resultieren. Diese Potenzialverschiebung addiert (bzw. subtrahiert) sich zur angelegten Spannung. Verändert sich örtlich auf dem Sensor das Potenzial der chemisch sensitiven Schicht, wird dies in dem entstehenden Fotostrom widergespiegelt. Misst man diese Potenzialänderungen ortsaufgelöst, indem man nur einen Teil der Struktur mit Licht bestrahlt, erhält man ein Bild der Oberfläche. Mit diesem Aufbau lassen sich ortsaufgelöste Bilder z.B. von Zellkulturen oder deren Metaboliten erhalten. Dünne Filme von nichtmetallischen Festkörpern haben häufig kapazitive Eigenschaften. Diese Eigenschaften kann man mit Ersatzschaltbildern beschreiben. Leitet der Film den elektrischen Strom auch im Gleichstromfall, verändert sich das Ersatzschaltbild der Struktur. Der Widerstand der Struktur lässt sich nicht mehr durch einen einfachen Kondensator beschreiben. Dieser komplexe Wechselstromwiderstand wird als Impedanz bezeichnet. In der Chemie wird die Untersuchung von Impedanzen zur Bestimmung von Grenzflächenparametern genutzt. Bei der Impedanzspektroskopie lassen sich elektrische Ersatzschaltbilder von verschiedenen Grenzflächen bestimmen. Mit diesen Schaltbildern können Teile dieser Grenzflächen beschrieben werden. Die dieser Arbeit zu Grunde liegende Idee ist, die Technik des LAPS mit der Untersuchungsmöglichkeit der Impedanzspektroskopie zu kombinieren. Beleuchtet man nur einen Teil der Halbleiterstruktur, Bisweilen dient auch der Isolator selbst als chemisch sensitive Schicht gibt der entstehende Fotostrom nicht nur Auskünfte über die jeweiligen chemischen Parameter der äusseren Grenzfläche, auch die Impedanz der Grenzschicht lässt sich bestimmen. Für dieses Verfahren wird von W. MORITZ und S. KRAUSE die Bezeichnung SPIM für Scanning Photoinduced Impedance Microscopy vorgeschlagen. Ziel der Arbeit war der Aufbau eines kompletten Versuchsaufbaus, der lateral aufgelöste Messungen an MIS Halbleiterstrukturen ermöglicht. Ein wesentlicher Aspekt war die Miniaturisierung des optischen Aufbaus. Als Lösungsansatz wurde hier die Verwendung einer CD Spieler Optik verfolgt. Darüber hinaus sollten die Hauptparameter, mit denen Impedanzmessungen an diesen MIS Strukturen durchgeführt werden, mittels halbleitertheoretischen Überlegungen optimiert werden. Im Fokus standen hierbei die Höhe des Fotostromsignals und eine ideale laterale Auflösung. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse sollten, soweit zugänglich, praktisch überprüft werden. Zu diesem Zweck wurden Messungen an Silizium mit verschiedenen Dotierkonzentrationen durchgeführt. Auch das Halbleitermaterial selbst wurde variiert. Sämtliche Proben wurden auf Leckstrom, die HF CV Kurve und Fotostrom untersucht.

KW - LAPS

KW - SPIM

KW - Halbleiter

KW - Chemische Sensoren

M3 - Dissertation

VL - 1

T3 - Diplomarbeit

ER -