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1.FeGa- und CrGa-Paare in einkristallinem Silizium. FeGa- und CrGa-Paare wurden durch Fe- bzw. Cr-Diffusion sowie Implantation in einkristallinem Ga-dotierten Silizium erzeugt und mittels elektrischer (DLTS, MCTS) sowie optischer (µ-PCD) Messmethoden untersucht. Als dominierende Störstellen in den DLTS-Spektren von Fe- bzw. Cr-verunreinigten Proben wurden die FeGa1- und CrGa1-Paare in stabiler -Konfiguration beobachtet. Mittels DLTS wurden Ionisierungsenergie (E=ET–EV) und Einfangquerschnitt für Löcher (sp) für FeGa1- und CrGa1-Paare bestimmt:E(FeGa1)=0.24eV, sp(FeGa1)=2.0x10^-14cm^2, E(CrGa1)=0.47eV, sp(CrGa1)=2.1x10^-14 cm^2. In der oberen Hälfte der Bandlücke von p-Typ Si wurden mittels MCTS interstitielles Chrom in Cr-verunreinigten Proben, aber keine Fe-korrelierten Defekte mit einer Defektkonzentration größer als 10^11cm^-3 (Nachweisgrenze) in Fe-verunreinigten Proben nachgewiesen. Mittels Lebensdaueruntersuchungen wurde nachgewiesen, dass FeGa1 und CrGa1 effektive rekombinationsaktive Zentren sind. Aus der Korrelation zwischen DLTS- und Lebensdauer-Untersuchungen wurden für FeGa1- und CrGa1-Paare die Einfangquerschnitte für Elektronen ermittelt: sn(FeGa1)=8.4x10^-14cm^2, sn(CrGa1)=7.1x10^-14cm^2. Die thermische Aktivierungsenergie für die Dissoziation von FeGa1- und CrGa1-Paaren wurde aus DLTS-Ergebnissen bestimmt: EA(diss,FeGa1)=0.46eV, EA(diss,CrGa1)=0.65eV. Die thermische Aktivierungsenergie für die Paarbildung von FeGa1- und CrGa1-Paaren ergibt sich aus DLTS-Ergebnissen zu: EA(form,FeGa1)=0.25eV, EA(form,CrGa1)=0.52eV. Nach Abkühlen der Fe- bzw. Cr-verunreinigten Proben zeigen die FeGa- bzw. CrGa-Paare metastabiles Verhalten im DLTS-Spektrum. Diese Paare sind stabil in der -Konfiguration (FeGa1- und CrGa1-Paare) und metastabil in der -Konfiguration (FeGa2- und CrGa2-Paare). Die Besetzung der stabilen Konfiguration ist um eine Größenordnung höher als die der metastabilen Konfiguration. Mittels DLTS wurden Ionisierungsenergie (E=ET–EV) und Einfangquerschnitt für Löcher für die metastabilen FeGa2- und CrGa2-Paare bestimmt: E(FeGa2)=0.15eV, sp(FeGa2)=1.5x10^-14cm^2, E(CrGa2)=0.39eV, sp(CrGa2)=1.5x10^-13cm^2. Unter Beleuchtung zeigen FeGa- und CrGa-Paare in Abhängigkeit der injizierten Überschussladungsträgerkonzentration entweder metastabiles Verhalten oder die Paare dissoziieren. Dabei verläuft die Dissoziation der FeGa1-Paare unter Beleuchtung um eine Größenordnung schneller als die der CrGa1-Paare. Die Defektreaktionen bei Beleuchtung von FeGa- und CrGa-Paaren können im Rahmen des „rekombinationsbeschleunigten Modells“ qualitativ erklärt werden. 2. Elektrische Charakterisierung von EFG-Wafern. Es wurden die elektrischen Eigenschaften von p- und n-Typ EFG-Wafern untersucht. Zur Charakterisierung der p- und n-Typ EFG-Wafer wurden Widerstandstopographien, Lebensdauertopographien und DLTS-Untersuchungen durchgeführt. Widerstandsmessungen nach mechanischer, chemischer bzw. thermischer Behandlung der p- und n-Typ EFG-Wafer zeigen, dass für korrekte Widerstandstopographien von EFG-Wafern eine Temperung bei 500°C für 30 min erforderlich ist. Mit Widerstandstopographien wurden in EFG-Wafern elektrisch aktive Korngrenzen lokal aufgelöst, die meistens in Ziehrichtung der Wafer verlaufen. Ferner wurden Widerstandsschwankungen von ca. 10% bei p-Typ und von ca. 30% bei n-Typ EFG-Wafern detektiert. Widerstandstopographie-Untersuchungen an H-passivierten p- bzw. n-Typ EFG-Wafern ergaben, dass die beobachteten Messartefakte bei unbehandelten EFG-Wafern mit großer Wahrscheinlichkeit durch eine oberflächennahe, elektrische Deaktivierung der Bor- bzw. Phosphor-Atome durch atomaren Wasserstoff verursacht werden. Die Korrelation von Widerstandtopographien mit Lebensdauertopographien an p- bzw. n-Typ EFG Wafern zeigt, dass die Schwankungen der Lebensdauer von Minoritäts-ladungsträgern durch Widerstandsschwankungen der EFG-Wafer hervorgerufen werden. In DLTS-Spektren von n-Typ EFG-Wafern treten drei tiefe Störstellen auf, die als D1-, D2- und D3-Defekt bezeichnet werden. Diese Störstellen werden erzeugt durch die chemische Behandlung der Probenoberfläche mit CP6-Ätze. DLTS-Untersuchungen an lebensdauervorcharakterisierten n-Typ EFG-Wafern zeigen, dass diese Defekte nicht lebensdauerlimitierend sind. Die energetische Lage (E=EC–ET) und der Einfangquerschnitt für Elektronen für die D1-, D2- und D3-Defekte wurden mittels DLTS bestimmt: E(D1)=0.144eV, sn(D1)=6.6x10^-16cm^2, E(D2)=0.22eV, sn(D2)=4.0x10^-16cm^2, E(D3)=0.248eV, sn(D3)=1.5x10^-15cm^2. In the framework of this thesis, electrical (Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS), Minority Carrier Transient Spectroscopy (MCTS), resistivity topography) and optical (microwave-detected photoconductance decay (µ-PCD)) methods are applied to investigate the electrical properties of FeGa- and CrGa-pairs in monocrystalline Si and of P-doped EFG (edge defined film fed growth) -Si. The following results are obtained. 1. FeGa- and CrGa-pairs in monocrystalline Silicon. FeGa- and CrGa-pairs in monocrystalline Ga-doped Si were generated by Fe- and Cr-diffusion as well as by ionimplantation. These pairs were investigated by electrical (DLTS, MCTS) and optical (µ-PCD) methods. FeGa1- and CrGa1-pairs in the stable -configuration were observed as the dominating peaks in the DLTS-spectra of Fe- and Cr-contaminated samples. The ionisation energy (E=ET–EV) and the electrical capture cross section of holes (sp) of FeGa1- and CrGa1-pairs were determined by DLTS: E(FeGa1)=0.24eV, sp(FeGa1)=2.0x10^-14cm^2, E(CrGa1)=0.47eV, sp(CrGa1)=2.1x10^-14cm^2. In the upper half of the bandgap of p-type Si, interstitial chromium was detected by MCTS in Cr-contaminated samples. No Fe-related defects with a concentration greater than 10^11cm^-3 (detection limit) could be detected in Fe-contaminated samples. It is shown by lifetime measurements that the FeGa1- and CrGa1-pairs are effective recombination active centers. The electrical capture cross section of electrons of FeGa1- and CrGa1-pairs are obtained from the correlation between DLTS- und lifetime measurements: sn(FeGa1)=8.4x10^-14cm^2, sn(CrGa1)=7.1x10^-14cm^2. The thermal activation energy for the dissociation of FeGa1- and CrGa1-pairs is determined by DLTS: EA(diss,FeGa1)=0.46eV, EA(diss,CrGa1)=0.65eV. The thermal activation energy for the formation of FeGa1- and CrGa1-pairs results in: EA(form,FeGa1)=0.25eV, EA(form,CrGa1)=0.52eV. After cooling down the Fe- and Cr-contaminated samples, FeGa- and CrGa-pairs show a metastable behaviour. These pairs are stable in the -configuration (FeGa1- and CrGa1-pairs) and metastable in the -configuration (FeGa2- and CrGa2-pairs). The occupation of the stable configuration is an order of magnitude larger than the metastable one. The ionisation energy (E=ET–EV) and the electrical capture cross section of holes (sp) for metastable FeGa2- and CrGa2-pairs are determined by DLTS: E(FeGa2)=0.15eV, sp(FeGa2)=1.5x10^-14cm^2, E(CrGa2)=0.39eV, sp(CrGa2)=1.5x10^-13cm^2. Under illumination, FeGa- and CrGa-pairs show either metastable behavior or they are dissociated depending on the injected excess carrier density. The dissociation of FeGa1-pairs under illumination is one order of magnitude faster than the dissociation of the CrGa1-pairs. The defect reactions of FeGa- and CrGa-pairs under illumination can be qualitatively explained within the framework of a recombination-enhanced defect reaction. 2. Electrical characterisation of EFG-Wafers. The electrical properties of p- and n-type EFG-wafers are investigated. For the characterisation of p- and n-type EFG-wafers, resistivity topographies, lifetime topographies and DLTS investigations are conducted. Resistivity topographies of p- and n-type EFG-wafers after mechanical, chemical and thermal treatment require an annealing step at 500°C for 30 min to achieve a correct result. Electrically active grain boundaries are locally dissolved by resistivity topography; they are predominantly orientated parallel to the growth direction of the wafer. In addition, fluctuations of the resistance of about 10% in p-type and of about 30% in n-type EFG-wafers are detected. Resistivity topography investigations of H-passivated p- and n-type EFG-wafers show that the measurement artefacts observed in not heat-treated EFG-wafers are probably caused by the electrical deactivation of boron- and phosphorus-atoms by atomic hydrogen. A correlation between resistivity topographies and lifetime topographies of p- and n-type EFG-wafers has been found. It is observed that the fluctuations of the lifetime of minority carriers are caused by resistivity fluctuations in the EFG-wafers. Three deep defects appear in DLTS-spectra of n-type EFG-wafers, which are denoted by D1-, D2- and D3. These defects are created by the chemical treatment of the sample surface with CP6-etch. It is shown that these defects do not limit the lifetime. The ionisation energy (E=EC–ET) and the capture cross section of electrons for the D1-, D2- and D3-defects are determined by DLTS: E(D1)=0.144eV, sn(D1)=6.6x10^-16cm^2, E(D2)=0.22eV, sn(D2)=4.0x10^-16cm^2, E(D3)=0.248eV, sn(D3)=1.5x10^-15cm^2. |
