Cuprous iodide: epitaxy, diodes and ferromagnetism
African, American and Oceania Studies
Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
Final Report Abstract
Kupferiodid war das erste entdeckte leitfähige, transparente Material. Es wurde als Dünnfilm 1905 von Karl Bädeker im Rahmen der experimentellen Arbeiten zu seiner Habilitation an der Universität Leipzig beschrieben. Im hiesigen Projekt wurden mehrere Fortschritte bezüglich der Herstellung und den elektronischen Eigenschaften des CuI erzielt. Nach Optimierungen gelang die Epitaxie von CuI (111) auf ZnO (00.1) bei Raumtemperatur, bedingt durch die Oberflächensymmetrien in zwei Rotationsdomänen. Die im Vergleich mit nicht-epitaktisch abgeschiedenen Dünnfilmen bessere Kristallqualität macht sich u.a. in verbesserten Diodeneigenschaften bemerkbar. So wurden für p-CuI/n-ZnO Dioden (mit Typ-II Bandanpassung) Rekord-Werte für die Gleichrichtung (> 109) erzielt. Zudem wurde für solche Dioden ein Modell mit Grenzflächenrekombination aufgestellt. Die im Projekt hergestellten Dünnschichten stellen auch einen Rekord bzgl. der größten Leitfähigkeit und der besten "figure of merit" aus kombinierter Leitfähigkeit und Transparenz dar (etwa 10x besser als der vorherige Stand). Durch Mn-Dotierung konnte erstmals durch Fremdatome die Leitfähigkeit von CuI reproduzierbar beeinflusst werden. Die geringere Lochdichte geht mit erhöhter Beweglichkeit einher und weist den Weg, auf der Basis von CuI-Kanälen Dünnfilm-Transistoren herstellen zu können. Damit würde sich der Weg für komplementäre, transparente Schaltungen eröffnen. Die thermoelektrischen Eigenschaften des CuI wurden untersucht. Unsere Dünnschichten stellen mit großem Abstand (ZT-Wert etwa 1000x besser als für entsprechende andere bekannte Materialien) das beste transparente p-leitende thermoelektrische Material dar. Ein erstes unipolares thermoelektrisches, flexibles Element wurde demonstriert. Zukünftige werden pn-basierte thermoelektrische, transparente Energieumwandler möglich, die ggf. transparente Schaltungen mit Energie versorgen können. Während der Arbeiten stellt sich heraus, dass die Anforderungen an die Vakuumpumpe der Iodid-Sputterkammer enorm sind (schneller Verschleiß, häufig nötiger Ölwechsel). Die Ergebnisse zu den thermoelektrischen Eigenschaften wurden u.a. in chemie.de berichtet, http://www.chemie.de/news/164150/.
Publications
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