Neue transparente, elektrisch leitfähige Schichten, hergestellt durch nass-chemische Verfahren

Abstract

Die vorliegende Arbeit behandelt die nass-chemische Herstellung transparenter leitfähiger Schichten der Systeme ZnO-SnO2, ZnO-In2O3, ZnO-Ga2O3 und Ga2O3-Sb2O5 auf Glas. Die Abscheidung der Schichten erfolgte mittels Rotationsbeschichtung aus alkoholischen Lösungen geeigneter Precursorverbindungen und Additive und anschließender Aushärtung bei erhöhten Temperaturen. Die Untersuchung der Beschichtungslösungen und der daraus hergestellten Schichten umfasste den Schwerpunkt der Arbeit. Anhand von Vorversuchen mittels eines Pipettierroboters konnten geeignete Lösungszusammensetzungen für die jeweiligen Materialsysteme ermittelt werden, wobei sich im Laufe der Untersuchungen zeigte, dass neben der Formulierung der Lösungen insbesondere die Art der Temperaturbehandlung entscheidenden Einfluss auf die kristalline Erscheinung des Schichtmaterials ausübt. Kristalline, XRD phasenreine Schichten von Zn2SnO4, Zn3In2O6 und Zn5In2O8 und auch röntgenamorphe Schichten der Zusammensetzungen ZnSnO3 und Zn2SnO4/In2O3 zeigten vielversprechende Eigenschaften, wobei für In haltige Materialien spezifische Widerstände erzielt wurden, welche mit denen 'klassischer'; transparenter leitfähiger Oxide vergleichbar sind. Gerade Schichten im System ZnO-In2O3, im Speziellen Zn3In2O6, wiesen neben hoher Temperaturstabilität hohe Austrittsarbeiten (5,3 eV) auf. Die Untersuchung der Vorgänge während der Kristallisation deutete auf Segregationsprozesse an den Korngrenzen hin, demgemäß wird der Transport der Ladungsträger innerhalb der kristallinen Schichtmaterialien hauptsächlich von Korngrenzenstreuung behindert. In solchen Fällen ist die Herstellung amorpher Schichten zu bevorzugen.