Gaswechselwirkungsreaktionen mit Indiumoxidschichten und deren Einfluss auf die elektronischen Oberflächeneigenschaften

Die durch die Anwendung von Indiumoxid (In2O3) als Gassensor motivierte Arbeit fokussiert sich auf die Untersuchung von Gaswechselwirkungen mit der In2O3 Oberflache. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Erstellung eines Modells der Gaswechselwirkung solcher Sensoren. Daher wurde ein System reduzierter Komplexitat von einkristallinen und texturierten Proben untersucht, im Gegensatz zu den sonst in der Sensorik ublichen polykristallinen Schichten. Die Charakterisierung der Gaswechselwirkung erfolgte durch in Echtzeit-Widerstandsmessungen sowie in situ Photoelektronenspektroskopie (XPS und UPS) nach der Gasadsorption bzw. -desorption. Die Kombination beider Messmethoden ermoglicht die Korrelation des Sensorkennwerts (Widerstandsanderung) mit der Anderung der elektronischen Oberflacheneigenschaften, wie Austrittsarbeit, Oberflachenbandverbiegung oder Oberflachenladungstragerkonzentration. Uber die Substratwahl (Y-stabilisiertes Zirkonoxid oder Aluminiumoxid) wurde die Kristallinitat und Orientierung der Indiumoxidschichten, gewachsen mittels plasmaunterstutzter Molekularstrahlepitaxie (PAMBE), eingestellt. Im Initialzustand weisen alle untersuchten Proben eine Oberflachenelektronenakkumulation auf. Diese kann durch das Dotieren des In2O3 mit Elektronenakzeptoren (Mg oder Ni) leicht gesenkt werden. Die Gaswechselwirkungsexperimente erfolgten an mittels PAMBE hergestellten nominell undotierten In2O3 Schichten. Untersucht wurde zunachst die Reaktion der Indiumoxidoberflache mit reaktivem Sauerstoff in Form eines Sauerstoffplasmas. Das Sauerstoffplasma fuhrt zu einer Bedeckung der Oberflache mit Sauerstoffadsorbaten von 0,7 bis 1,0 Monolagen, bei gleichzeitiger Verarmung der Oberflachenelektronenakkumulation. Die Wechselwirkungen der oxidierend wirkenden, untersuchten Gase (Sauerstoff, Ozon, Stickstoffmonoxid) mit der Indiumoxidoberflache zeigen tendenziell gleiche Effekte auf die chemischen und elektronischen Oberflacheneigenschaften, jedoch deutlich schwacher ausgepragt. So wird eine deutlich geringere Bedeckung der Oberflache mit sauerstoffhaltigen Adsorbaten erreicht und die Oberflachenelektronen werden nicht vollstandig verarmt. Bei diesen Experimenten konnte eine qualitative Korrelation der Oberflachenelektronenkonzentration und der Schichtleitfahigkeit des In2O3 beobachtet werden.