Berechnung, Messung und Kontrolle der Energiebarrieren und der lichtinduzierten Kinetik des ASi-Sii-Defektes

Abstract

Die Siliziumtechnologie hat umfangreiche Anwendungsmöglichkeiten, die sich im gegenwärtigen Alltag überall wiederfinden. Anwendungen wie Computer, Smartphones, Sensoren, Detektoren, Solarzellen und viele mehr sind nur möglich geworden durch jahrzehntelange Erforschung des Siliziums und der nötigen technologischen Prozesse. Nichtsdestotrotz gibt es noch immer unverstandene Phänomene und Mechanismen, speziell im Bereich der Defekte und der Degradation. Ein besseres Verständnis ist notwendig, da Defekte zum einen notwendig für die Funktionsweise von Bauelementen sind, sich aber auch negativ auswirken können. Das Projekt untersuchte eine besondere Kategorie von Defekten, die einen Akzeptor und interstitielles Silizium involvieren, so genannte ASi-Sii-Defekte. Sie tragen vermutlich maßgeblich zur licht-induzierten Degradation von Solarzellen und Detektorbauelemente bei. Konkret wurden in diesem Projekt die Energiebarrieren zwischen verschiedenen Defektzuständen der ASi-Sii-Defekte, die teilweise erst identifiziert werden mussten, in enger Zusammenarbeit von Experiment und Theorie erforscht und bestimmt. Die Barrierenhöhen haben einen direkten Einfluss auf die Defektkinetik und -stabilität, weshalb ihre Kenntnis essentiell ist. Gelingt es, die Barrierenhöhen gezielt zu beeinflussen (z.B. durch Wahl des Akzeptors), so können Bauelementeigenschaften ggf. gezielt eingestellt werden, z.B. zur Effizienzsteigerung oder Lebenszeitverlängerung von Solarzellen. Zudem erscheint es reizvoll künftig zu untersuchen, inwieweit Defekte aus dieser Kategorie als Qubit Verwendung finden können und somit für die Silizium-basierte Quantentechnologie interessant sind. Das Projekt hat erfolgreich einen Beitrag zum grundlegenden Verständnis der ASi-Sii-Defekte geleistet und legt den Grundstein für die weitere Erforschung dieser interessanten Defektkategorie.

Silicon technology has a wide range of applications that can be found everywhere in everyday life today. Applications such as computers, smartphones, sensors, detectors, solar cells, and many more have only become possible thanks to decades of research into silicon and the necessary technological processes. Nevertheless, there are still phenomena and mecha-nisms that are not understood, especially in the area of defects and degradation. A better understanding is necessary, because defects are necessary for the functioning of devices, but can also have negative effects. The project investigated a special category of defects that involve an acceptor and interstitial silicon, so-called ASi-Sii-defects. They presumably contribute predominantly to the light-induced degradation of solar cells and detector components. Specifically, in this project the energy barriers between different defect states of the ASi-Sii-defects, some of which had to be identified first, were investigated and determined in strong cooperation between experiment and theory. The barrier heights have a direct influence on the defect kinetics and stability, so that knowledge about them is essential. If they can be ad-justed (e.g. by the chosen acceptor) device properties can be modified in the desired way. For example, the efficiency and lifetime of solar cells can be increased. It also appears possible that defects from this category could be used as qubits opening a route towards silicon-based quantum technology. This could be subject of future research. The project made a strong contribution to the fundamental understanding of ASi-Sii-defects and lays the foundation for further research into this interesting category of defects.