Korrelation der Mikrostruktur hochorientierter MWCVD-Diamantfilme mit dem elektrischen Transport

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit ist die Klärung, wie die elektrischen Transporteigenschaften hochorientierter MWCVD-Diamantfilme im Filmvolumen und an Kontakten von deren Mikrostruktur und Textur beeinflusst werden. Hierzu werden die Mikrostruktur, die Textur und die elektrischen Eigenschaften solcher Diamantfilme detailliert untersucht und miteinander korreliert. Für diese Korrelation ist die Kenntnis der Texturbildung und der Wachstumssektoren beim Wachstum von MWCVD-Diamantfilmen fundamental. Im Kapitel 3 stellen wir deshalb wichtige Grundlagen des Kristallit- und Filmwachstums von Diamant dar. Darauf aufbauend untersuchen wir im Kapitel 4 strukturelle Inhomogenitäten, welche die elektrischen Eigenschaften beeinträchtigen. Wir analysieren die Abhängigkeit des Stickstoffgehaltes und des sp2-Fremdphasen-Anteiles von der Filmtextur und Morphologie. Speziell untersuchen wir, inwieweit mit höchstqualitativen Korngrenzen, welche in hochorientierten Diamantfilmen besonders zwischen beim Wachstum vereinigten Kristalliten auftreten, entsprechende Inhomogenitäten vermieden werden können. Der Einfluss dieser und weiterer Inhomogenitäten auf den elektrischen Transport wird unter Trennung zwischen Kristalliten und Korngrenzen im Kapitel 5 untersucht, welches der elektrischen Charakterisierung Bor-dotierter Filme dient. Hierbei betrachten wir einerseits die elektrischen Eigenschaften des Filmvolumens und andererseits die elektrische Charakteristik von Kontakten auf solchen Filmen. Dabei untersuchen wir im Kapitel 5.1 zunächst den Stromfluss durch mehrere Kristallite, bevor wir in den Kapiteln 5.2 bis 5.4 speziell den Einfluss einzelner Kristallite und Korngrenzen analysieren. Der Abschnitt 5.3.3 dient insbesondere der detaillierten Untersuchung der elektrischen Transportmechanismen an solchen einzelnen Korngrenzen. Die für die entsprechenden Analysen im Kapitel 5 notwendigen längeren Rechnungen und die Fehlereinflüsse bei unseren elektrischen Messungen fassen wir in den Anhängen zusammen.