Ionenstrahlunterstütztes Wachstum von Zinn-dotierten Indiumoxid-Filmen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden die optischen, elektrischen und mikrostrukturellen Eigenschaften mittels ionenstrahlunterstützter Deposition (IBAD) hergestellter Zinn-dotierter Indiumoxid- (ITO) Filme untersucht, um zum einen herauszufinden, ob mit dieser Depositionsmethode bei niedrigen Substrattemperaturen glatte Filme mit guten optischen und elektrischen Eigenschaften hergestellt werden können, und zum anderen die Texturierungsmechanismen an diesem Material zu untersuchen.Der Beschuss mit 300 eV Argonionen führt bereits bei Raumtemperatur zu kristallinen Filmen, die in Wachstumsrichtung (out-of-plane) eine ausgeprägte (001)-Vorzugsorientierung besitzen. Diese Filme haben hohe Druckspannungen und eine hohe Defektdichte, die zu einer Erhöhung des spezifischen Widerstands gegenüber polykristallinen Filmen führt, auf die Transmission im sichtbaren Bereich aber keinen Einfluss hat. Die Filme sind glatt und zeigen bei geeigneten Depositionsparametern eine ausgeprägte in-plane Textur, was in anschließend deponierten YBa2Cu3O7-d- (YBCO) Filmen zu einer kritischen Stromdichte von bis zu 0,76 MA/cm2 führt. Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen zeigen eine scharfe Grenzfläche ohne Bildung von Zwischenschichten. Zusammen zeigt dies, dass ITO als epitaxiefähige Diffusionsbarriere für YBCO geeignet ist.Die Texturausbildung in IBAD-ITO beginnt mit zum Ionenstrahl sehr ausgeprägt ausgerichteten Kristalliten in einer amorphen Matrix, die dann mit Fehlorientierungen kristallisiert, was zu einer scheinbaren Degradation der Textur führt. Anschließend erfolgt eine Wachstumsauslese, die zu einer exponentiellen Texturverbesserung führt. Die anisotrope Defektbildung wird als wahrscheinlich dominanter Wachstumsmechanismus diskutiert.Ausgehend von der Texturausbildung in ITO wurden Zusammenhänge der Texturierbarkeit verschiedener Materialien, die in CaF2- oder verwandter Struktur vorliegen, diskutiert. Es konnte eine empirische Abhängigkeit der Texturierbarkeit von der Anzahl der strukturellen Sauerstoffleerstellen gefunden werden. Eine Korrelation dieser Anzahl mit dem präferentiellen Abtrag des Sauerstoffuntergitters für bestimmte Kristallrichtungen in Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid und der Stabilität verschieden stark geordneter Strukturen unter Teilchenbeschuss ist wahrscheinlich und legt eine weitere winkelabhängige Untersuchung ausgewählter Materialien nahe.