Herstellung nanostrukturierter funktionaler Schichten mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung

Von:

Charlotte Ruhmlieb

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Plasmen sind allgegenwärtig. Über 99% der sichtbaren Materie im Universum befindet sich im Plasmazustand. Bei Sternen und Sonnen handelt es sich um astronomische Plasmen. Meteorologische Plasmen begegnen uns z.B. in Form von Blitzen oder Polarlichtern. In der vorliegenden Arbeit wurde ein kaltes Niederdruckplasma als Reaktionsmedium genutzt, um Halbleitermaterialien mit nanoskopischer Strukturierung kristallin auf Oberflächen abzuscheiden. Auf diese Weise sollte der intrinsische p-Typ-Halbleiter Zinnmonosulfid als Schicht bestehend aus vertikal ausgerichteten Nanoblattstrukturen, d.h. als Nanowand-Netzwerk, kontrolliert abgeschieden werden, um die anisotropen elektrischen Transporteigenschaften des Materials für (opto)elektronische Anwendungen nutzbar zu machen. Für die Realisierung dieser plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung wurde eine neuartige Anlage konstruiert und aufgebaut. Das innovative Herzstück stellt ein dielektrischer Heizsteg dar, welcher selbst nicht signifikant mit dem Plasma in Wechselwirkung tritt und neben der Heizung auch die Platzierung des zu bewachsenen Substrats im Plasmavolumen ermöglicht. Im Gegensatz zu konventionellen Gasphasenabscheidungen erfolgt hier die Zufuhr der Reaktanden durch das thermische Verdampfen einer festphasigen Einkomponenten-Vorläuferverbindung innerhalb des Reaktionsraums parallel zur Substratoberfläche. Die kontrollierte Abscheidung eines Films bestehend aus reinphasigen Zinnmonosulfid-Nanowänden gelang durch den Einsatz eines Zinn-organischen Komplexes, welcher durch Sublimation in das Plasma gelangt und dort unter Freisetzung reaktiver Zinn- und Schwefel-Spezies fragmentiert. Die hergestellten nanostrukturierten Filme zeigen eine stark erhöhte Leitfähigkeit gegenüber unausgerichteten Zinnsulfid-Strukturen.