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Diplomarbeit aus dem Jahr 1996 im Fachbereich Chemie - Physikalische und Theoretische Chemie, Technische Universität Dortmund (Unbekannt), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Problemstellung:
An der Darstellung dünner Schichten bestehend aus (dotiertem) Zinn(IV)-Oxid besteht bereits seit drei Jahrzehnten ein großes Interesse, weil transparente, n-halbleitende Oberflächen hergestellt werden können (TCO - transparent conductive oxides).
Reines, stöchiometrisches Zinndioxid (SnO2) ist ein Isolator. Ziel der Herstellungsverfahren ist es also, einerseits Schichten mit geringem Sauerstoff-Unterschuß zu erzeugen (SnO2-?), die dann Fehlstellen (z. B. Sauerstoffionenleerstellen) als Elektronendonatoren enthalten. Andererseits kann die gewünschte Leitfähigkeit durch Dotierung mit Fremdatomen wie z. B. Sb oder F erreicht werden. W erden Schichten mit Sauerstoff-Defizit in Gegenwart von O2 (z. B. in Luft) über etwa 600 K erhitzt, werden die o. g. Donatoren durch Oxidation (Einbauvon Sauerstoff in die Schicht, z. B. auf Sauerstoffionenleerstellen) vernichtet. Dahingegen sind z. B. Störstellen durch eingebautes Sb(V) bis über 1 100 K stabil.
Zur Herstellung dünner TCO-Schichten stehen physikalische wie chemische Verfahren zur Verfügung. In dieser Arbeit wird auf die Physical-Vapor-Deposition eingegangen werden. Die meisten Arbeiten, die sich mit dieser Thematik befassen, behandeln die Optimierung von Betriebsparametern bezüglich der optischen Transparenz und elektrischen Leitfähigkeit.
TCOs wurden beispielsweise in der Röhrenindustrie angewandt, werden bei der Dünnschichtsolar-Technologie eingesetzt und zur Herstellung nicht vereisender Windschutzscheiben verwendet.
Ein mit Zinndioxid beschichteter Glasträger kann in der analytischen Chemie für elektrochemischen Untersuchungsmethoden wie Potentiometrie, Amperometrie und Coulometrie, bei denen Redoxvorgänge ablaufen, als Indikatorelektrode dienen. Eine solche Elektrode ist sensitiv für Mn04-, Ce4+,Cr2O72-, S2O32-, Ti3+, Tl+ und NO2-. Die Potentiale, die sich bei einer Zinndioxid-Glas-Elektrode in Redoxsystemen wie Fe2+/Fe3+, [Fe(CN)6]4-/[Fe(CN) 6]3-oder Chinhydron/Hydrochinon einstellen, stimmen mit denen einer Pt-Elektrode überein. Da die Elektrode, bestehend aus einem mit Zinndioxid beschichteten Glassubstrat, optisch transparent ist, können die Elektrodenvorgänge der elektroaktiven Spezies zum Beispiel bei der Oxidation von o-Toluidin in HCI spektroskopisch untersucht werden.
Die Vorteile einer solchen mechanisch stabilen Elektrode bestehen neben der Transparenz in der Inertheit gegenüber Oxidationsprozessen. Andererseits könnten Erkenntnisse über das elektrochemische Verhalten isolierter dünner Oxidoberflächen weitere Auskünfte über die Korrosionsprozesse von Metallen liefern, die ja meist über Oxidschichten ablaufen.
Ziel dieser Arbeit war es, die Grundlagen für weiterführende elektrochemische Untersuchungen an derartigen Oxidschichten zu legen. Dazu gehörte neben der o. g. Einarbeitung in die Herstellung von Schichten der Aufbau einer geeigneten Meßzelle. Weiterhin sollten unter Verwendung dieser Meßzelle verschiedenartige elektrochemische Meßmethoden auf ihre Anwendbarkeit und ihre Grenzen hin untersucht werden. Da bei fast allen elektrochemischen Messungen Transportprozesse die erzielten Ergebnisse mehr oder weniger mitbestimmen, erschien es sinnvoll, zusätzlich zu den experimentellen Arbeiten die Grundlagen der Computer-Simulation von Transportprozessen aufzuarbeiten. Dies sollte am Beispiel der Diffusion von Spezies (z. B. im Elektrolyten) als Folge einer plötzlichen, potentiostatisch erzwungenen Spannungsänderung an einer Elektrode erfolgen. Für diesen Vorgang ist die Lösung der Diffusionsgleichung (2. Ficksches Gesetz) bekannt; die Technik der Computer-Simulation solcher Vorgänge kann aber von großem Vorteil sein, wenn Vorgänge untersucht werden, bei denen die R...
An der Darstellung dünner Schichten bestehend aus (dotiertem) Zinn(IV)-Oxid besteht bereits seit drei Jahrzehnten ein großes Interesse, weil transparente, n-halbleitende Oberflächen hergestellt werden können (TCO - transparent conductive oxides).
Reines, stöchiometrisches Zinndioxid (SnO2) ist ein Isolator. Ziel der Herstellungsverfahren ist es also, einerseits Schichten mit geringem Sauerstoff-Unterschuß zu erzeugen (SnO2-?), die dann Fehlstellen (z. B. Sauerstoffionenleerstellen) als Elektronendonatoren enthalten. Andererseits kann die gewünschte Leitfähigkeit durch Dotierung mit Fremdatomen wie z. B. Sb oder F erreicht werden. W erden Schichten mit Sauerstoff-Defizit in Gegenwart von O2 (z. B. in Luft) über etwa 600 K erhitzt, werden die o. g. Donatoren durch Oxidation (Einbauvon Sauerstoff in die Schicht, z. B. auf Sauerstoffionenleerstellen) vernichtet. Dahingegen sind z. B. Störstellen durch eingebautes Sb(V) bis über 1 100 K stabil.
Zur Herstellung dünner TCO-Schichten stehen physikalische wie chemische Verfahren zur Verfügung. In dieser Arbeit wird auf die Physical-Vapor-Deposition eingegangen werden. Die meisten Arbeiten, die sich mit dieser Thematik befassen, behandeln die Optimierung von Betriebsparametern bezüglich der optischen Transparenz und elektrischen Leitfähigkeit.
TCOs wurden beispielsweise in der Röhrenindustrie angewandt, werden bei der Dünnschichtsolar-Technologie eingesetzt und zur Herstellung nicht vereisender Windschutzscheiben verwendet.
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Ziel dieser Arbeit war es, die Grundlagen für weiterführende elektrochemische Untersuchungen an derartigen Oxidschichten zu legen. Dazu gehörte neben der o. g. Einarbeitung in die Herstellung von Schichten der Aufbau einer geeigneten Meßzelle. Weiterhin sollten unter Verwendung dieser Meßzelle verschiedenartige elektrochemische Meßmethoden auf ihre Anwendbarkeit und ihre Grenzen hin untersucht werden. Da bei fast allen elektrochemischen Messungen Transportprozesse die erzielten Ergebnisse mehr oder weniger mitbestimmen, erschien es sinnvoll, zusätzlich zu den experimentellen Arbeiten die Grundlagen der Computer-Simulation von Transportprozessen aufzuarbeiten. Dies sollte am Beispiel der Diffusion von Spezies (z. B. im Elektrolyten) als Folge einer plötzlichen, potentiostatisch erzwungenen Spannungsänderung an einer Elektrode erfolgen. Für diesen Vorgang ist die Lösung der Diffusionsgleichung (2. Ficksches Gesetz) bekannt; die Technik der Computer-Simulation solcher Vorgänge kann aber von großem Vorteil sein, wenn Vorgänge untersucht werden, bei denen die R...