Durch intrinsische Defekte induzierte Uphill-Diffusion von Ag und Cu in CdTe

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Diffusion des Elementes Ag in CdTe mit Hilfe des Radiotracer 111Ag untersucht. Das Hauptaugenmerk lag auf der Möglichkeit, eine Ag-Diffusion von Bereichen niedriger Ag-Konzentration in Bereiche hoher Ag-Konzentration zu erzeugen ("uphill"-Diffusion). Die experimentell beobachteten Diffusionsprofile können anhand eines thermodynamischen Diffusionsmodells erklärt werden, das die Ladungszustände der Defekte und die Reaktionen zwischen den Defekten berücksichtigt. Die Verteilung der geladenen Defekte erzeugt dabei ein elektrisches Feld, das zu einer Drift geladener Defekte führt. Es zeigte sich, dass die experimentellen Daten am besten beschrieben werden, wenn angenommen wird, dass die Ag-Atome hauptsächlich interstitiell und ionisiert (Agi+)vorliegen. Das Agi+-Diffusionsprofil spiegelt dann den Verlauf der Fermi-Energie wider, der wiederum durch den Verlauf der intrinsischen Defekte, respektive der Stöchiometrieabweichung, bestimmt ist. Anhand der Experimente können so Informationen über das thermodynamische Verhalten von extrinsischen wie intrinsischen Defekten gesammelt werden. Abschließend wird gezeigt, dass auch in anderen Systemen als Ag in CdTe "uphill"-Diffusion auftritt. Dies wurde für die Cu-Diffusion in CdTe, die Ag-Diffusion in ZnTe und in Folge der Ko-Diffusion zweier extrinsischer Defekte (Ag und Cu sowie Ag und Au) in CdTe beobachtet.

In the framework of the present thesis, the diffusion of Ag in CdTe was investigated by the radiotracer 111Ag. Thereby the focus was on the possibility to create a Ag flux from regions of low Ag concentration to regions of high Ag concentration (uphill diffusion). The experimentally observed diffusion profiles are explained in the framework of a thermodynamic diffusion model, taking into account the defect charge state and the defect interaction. The distribution of the charged defects produces a electric field, which leads to a drift of the charged defects. The experimental data are well explained assuming that Ag is incorporated interstitially and ionized (Agi+). The Agi+ concentration then reflects the profile of the Fermi level, which again is determined by the intrinsic defect distribution or, more precisely, the deviation from stoichiometry. On the basis of the experimental data it is possible to gather information on the thermodynamic properties of extrinsic as well as intrinsic defects. Finally, it is shown that uphill diffusion takes place also in systems other than Ag in CdTe. It was observed also for the diffusion of Cu in CdTe, the diffusion of Ag in ZnTe and the codiffusion of two extrinsic defects (Ag and Cu as well as Ag and Au) in CdTe.