Uphill-Diffusion von Silber in Cadmiumtellurid mit gezielt veränderter Oberfläche

Abstract

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der Uphill-Diffusion (Diffusion von niedriger zu hoher Konzentration) von Ag in CdTe. Voraussetzung für Uphill-Diffusion ist ein Te-reicher CdTe-Kristall, der sich während der Diffusion sukzessive von der Oberfläche her in einen Cd-reichen CdTe-Kristall umwandelt. Schwerpunkt dieser Arbeit ist der Einfluss von manipulierten Kristalloberflächen, wie nach Aufdampfen von Metallfilmen oder nach Anwendung unterschiedlicher Ätzprozeduren. Ein aufgedampfter Cu-Film bewirkt Uphill-Diffusion für Ag in CdTe. Wird ein strukturierter Cu-Film verwendet, lässt sich diese Struktur auch in einer Tiefe von mehreren 100 µm noch deutlich erkennen. Zur Bestimmung des Tiefenprofils wurde die Radiotracer- Methode mit mechanischem Polieren verwendet, die laterale Verteilung der Ag- Atome im Kristall wurde über Autoradiographie bestimmt. Ein alternatives Modell zur Erklärung der Uphill-Diffusion in Folge aufgedampfter Metallfilme geht von eindiffundierenden Metallatomen aus, die das Ag verdrängen. Zur Prüfung dieses Modells wurde in einem Experiment neben radioaktivem Ag ein radioaktiv markierter Au-Film verwendet, so dass die Profile von Ag und Au simultan beobachtet werden konnten. Das Ergebnis spricht gegen dieses alternative Modell. Uphill-Diffusion für Ag in CdTe wird auch beobachtet, wenn die Kristalloberflächen vor der Implantation von Ag mit einem oxidierenden Verfahren geätzt werden. Dies wird darauf zurückgeführt, dass durch das oxidierende Ätzen an der Oberfläche vorzugsweise Te-Oxide entstehen und folglich eine Cd-reiche Schicht zwischen der Oxidschicht und dem Kristall gebildet wird. Schließlich konnten auch für die Übergangselemente Ni und Co Bedingungen gefunden werden, die in CdTe zur Uphill-Diffusion führen, was zuvor nur für die Gruppe I Elemente Ag, Cu und Au beobachtet worden ist.

The topic of this thesis is the uphill-diffusion (diffusion from low to high concentration) of Ag in CdTe. Prerequisite for uphill-diffusion is a Te-rich CdTe crystal which, starting from the surface, is gradually transformed into a Cd-rich CdTe crystal. This thesis focuses on the influence of manipulated surfaces of the crystal (i.e. evaporated metal layers or different surface etching procedures). An evaporated Cu layer causes uphill-diffusion of Ag in CdTe. If a structured Cu-layer is used, the structure of the layer can still be observed up to some 100 µm deep within the crystal. The radiotracer method with mechanical polishing was used to determine the concentration-depth profiles and the lateral distribution of the Ag was observed using autoradiography. An alternative model to explain uphill-diffusion with evaporated metal layers describes uphill-diffusion as a result of in-diffusing metal atoms displacing the Ag-atoms. To verify this model a radioactive labeled Au-layer and implanted radioactive Ag-atoms were used in an experiment in order to observe both tracers simultaneously. The result doesn’t favor this alternative model. Uphill-diffusion is also observed if the crystal surfaces before implantation are treated by an oxidizing etching process. This is explained by the preferential formation of Te-oxides during the etching process. Therefore a Cd-layer is developed between the oxide layer and the crystal leading to uphill-diffusion. Finally, diffusion parameters for the transition elements Ni and Co were found which result in uphill-diffusion profiles in CdTe. Up to now, this was only observed for the group I elements Ag, Cu and Au.