Synthese und Charakterisierung nanokristalliner transparenter Halbleiteloxide

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Beschreibung

In dieser Arbeit konnten erfolgreich die transparenten Halbleiteroxide ITO und dotiertes ZnO durch die Pyrolyse metallorganischer Precursoren als nanoskalige Pulver hergestellt werden. ITO wurde, mit Hilfe einer erstmals zur Herstellung oxidischer Materialien genutzten, plasmaunterstützten Variante des CVS-Prozesses, als extrem kleine und schmal verteilte Partikel hergestellt. Auf der Suche nach kostengünstigen Alternativen zu ITO wurden dotierte ZnO-Pulver durch einen bei Atmosphärendruck ablaufenden CVS-Prozeß hergestellt. Die Prozeßführung bei Atmosphärendruck wurde erstmals im Fachgebiet Dünne Schichten durchgeführt. Zusätzlich konnte die für Anwendungen interessante Option der Dispergierung der Partikel direkt während der Synthese realisiert werden. Auch für ZnO-Pulver wurden schmale Verteilungen der Korngröße bei mittleren Werten von 10–30 nm erzielt. Synthesetemperaturabhängig wurden die Größe, die Verteilungsbreite und die Zersetzung von undotierten nanokristallinen ZnO-Proben untersucht und charakterisiert. Temperaturen von 1300 °C und höher hatten zunehmende negative Auswirkungen auf die Verteilungsbreite und die Ausbeute. Diese Resultate stellen neue Erkenntnisse in Hinsicht auf die in der Literatur bekannte Zersetzungstemperatur von 1800 °C von ZnO dar. Die Größe der Körner zeigt generell eine leichte Abnahme mit abnehmender Synthesetemperatur. Es wurden Einflüsse der Dotierelemente Al, Ga und In auf die Eigenschaften in ZnO Proben untersucht. Eine Abnahme der Korngröße mit zunehmender Dotierung und zunehmender Abweichung der Ionenradien der Dotierelemente wurde festgestellt. Weiterhin wurde eine leichte Zunahme der Verteilungsbreite der Körner mit zunehmender Dotierelementkonzentration beobachtet.