Berechnung, Messung und Kontrolle der Energiebarrieren und der lichtinduzierten Kinetik des A_Si-Si_i-Defektes

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Krischok; Dr. Kevin Lauer; Professor Dr. Erich Runge
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445152322

Siliziumbasierte optoelektronische Bauelemente sind als Solarzellen oder Detektoren Teil unseres Alltags und ihre allmähliche licht- oder ladungsträgerinduzierte Degradation auch im Regelbetrieb ist daher von technologischer und wirtschaftlicher Bedeutung, wofür die siliziumbasierten Strahlungsdetektoren der Teilchenphysik etwa am CERN ein drastisches Beispiel sind. Um adäquate Strategien zur Vermeidung des Funktionsverlusts erarbeiten zu können, müssen die lichtinduzierte Generation und Kinetik der der Degradation zugrundeliegenden Defekte verstanden werden.Hier setzt das Forschungsvorhaben an und untersucht mit dem A_Si-Si_i-Defekt einen wichtigen und exemplarischen Defekttyp. Dieser Defekt besteht aus einem Akzeptoratom (z.B. Bor oder Indium) auf einem regulären Gitterplatz und Silizium auf einem benachbarten Zwischengitterplatz. In enger Zusammenarbeit von Experiment und Theorie soll ein umfassendes Verständnis dieser Sorte von Defekten erarbeitet werden. Dabei soll eine in der Literatur existierende Diskrepanz zwischen Strukturmodellen, die ausgehend von experimentellen Daten vorgeschlagen wurden, und theoretisch abgeleiteten Modellen endgültig aufgeklärt werden. Auch wird die Arbeitshypothese, dass der B_Si-Si_i-Defekt Ursache der sogenannten Bor-Sauerstoff-Licht-induzierten Degradation (BO-LID) ist, überprüft werden. Dazu sollen die Struktur und die Kinetik des Defektes experimentell analysiert und gleichzeitig theoretisch beschrieben werden. Es sollen beispielsweise berechnete Barrierehöhen zwischen zwei Zuständen dieses Defektes mit den Ergebnissen von drei verschiedenen experimentellen Methoden verglichen werden. Es sind dies die Tieftemperatur-Photolumineszenzspektroskopie, die Elektronenspin-Resonanzspektroskopie und das Mikrowellen-detektierte Photoleitfähigkeitsabklingen zur Ladungsträgerlebensdauermessung. Es werden Temperungen von verschiedenen Siliziumproben mit dem Ziel der kontrollierten Beeinflussung des Defektes durchgeführt. Dazu werden die Proben zunächst so präpariert, dass eine möglichst hohe Defektdichte und demnach starke Signale zu erwarten sind. Durch gezielte Temper-Protokolle soll eine nachhaltige Verringerung der Defektdichte erreicht werden. Aus technologischer Perspektive kann so dem Problem des Effizienzverlusts durch Bestrahlung entgegengewirkt werden. Hauptziel des Forschungsvorhabens ist es allerdings, ein grundlegendes und umfassendes mikroskopisches Verständnis des und ein Modell für den A_Si-Si_i-Defekt, seine Struktur und Dynamik sowie die defektinduzierte Rekombination von Ladungsträgern zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. Anna Dimitrova; Dr. Rüdiger Schmidt-Grund; Dr. Dirk Schulze