University thesis:
Dissertation, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, 2017
Footnote:
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Description:
Abstract: Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung von CdTe-Schichten auf Ihre Eignung zur Detektion von ionisierender Strahlung. Die Herstellung der Schichten erfolgte in einer Molekularstrahlepitaxie-Anlage unter UHV-Bedingungen. Ziel der Versuche war die Entwicklung einer Methode zur Herstellung großflächiger effizienter Halbleiterröntgendetektoren ohne die Begrenzungen bei der Verwendung von Volumenkristallen als Sensormaterial.<br>Das Wachstum direkt auf der Ausleseelektronik wurde erfolgreich durchgeführt und ein photonenzählender bildgebender Detektor konnte hergestellt werden. Dies konnte über die Kontaktierung mithilfe einer Te-dotierten CdTe-Zwischenschicht und einer Sb2Te3-Rückseitenkontaktierung erreicht werden. Die größte Herausforderung stellt die Beherrschung des polykristallinen Wachstums auf der inhomogenen Chipoberfläche dar. Die feinkörnigen Nukleationsschicht ist für eine hohe Korngrenzendichte und einer daraus resultierenden hohen Defektdichte mit vielen Elektronenfallen in der Nähe der Pixelkontakte verantwortlich. Die CdTe-Schicht wurde auf ihre Kristallinität und Orientierung untersucht. Hierbei wurde festgestellt, dass die Keimschicht aufgrund der starken Te-Bindungen (111)-orientiert aufwächst. Aus dieser Keimschicht wachsen die Kristallite ebenfalls (111)-orientiert heraus. Der Wachstumsmodus ändert sich bei höheren Temperaturen was auf die höhere Stabilität der (100)-Flächen zurückzuführen ist. Dabei ändert sich die Orientierung der Körner geringfügig und die Rauheit der Oberfläche erhöht sich stark. Ebenso ist mit höherer Wachstumstemperatur ein Anstieg der durchschnittlichen Korngröße verbunden.<br>Eine Reduzierung der Korngrenzen und der Defektdichte konnte durch das Wachstum bei höheren Substrattemperaturen erreicht werden. Die Schichten zeigten mit steigender Wachstumstemperatur einen höheren Widerstand. Neben der Reduzierung der Korngrenzen spricht dies für eine höhere Schichtqualität mit geringerer Defektdichte. Das hochreine Verfahren des MBE-Wachstums verhindert extrinsische Defekte, sodass die vorhandenen Defekte auf intrinsische Gitterfehler zurückzuführen sind. Eine weitere Optimierung kann durch die Verwendung eines n-dotierten Frontseitenkontaktes erzielt werden. In dieser Arbeit wurde der Einfluss einer ITO-Kontaktierung untersucht. Hierdurch entstand ein pn-Übergang und ein Betrieb des Detektors in Sperrrichtung ermöglicht höhere Detektorspannungen und eine Steigerung der Effizienz. Für die Rückseitenkontaktierung wurde die Herstellung einer p-dotierten CdTe-Schicht untersucht. Dies erfolgte mittels der Evaporation von zusätzlichem Te. Dies führte zu einer erhöhten Te-Konzentration in der physisorbierten Phase und zu einem erhöhten Te-Einbau in die Schicht. Dies erfolgte unter der Entstehung von Cd-Vakanzen, welche einen flachen Akzeptor bilden. Hierdurch wurde das Ferminiveau abgesenkt und eine Durchtunnelung der schmaleren Barriere ermöglicht.<br>Es konnte gezeigt werden, dass die für CdTe Kristalle häufig vorkommenden Te-Einschlüsse durch die Verwendung der Gasphasenabscheidung verhindert werden kann. Ebenso konnte eine homogene Schicht über die gesamte Detektorfläche abgeschieden werden und die Funktionalität des Chips wurde mittels verschiedener Testmessungen gezeigt