Ziel
Für die Weiterentwicklung optoelektronischer Bauelemente und anderer Anwendungen auf der Basis von Diamant und Nanodiamanten ist die berührungslose Charakterisierung elektronischer Defektzustände und elektronischer Übergänge in Diamant-Volumenmaterial und an Diamantoberflächen über einen breiten Spektralbereich von großem Interesse.
Lösung
Die berührungslose Oberflächen-Photospannungsspektroskopie (SPV) im Kelvin-Sonden-Modus (direkte Messung der Kontaktpotentialdifferenz, DCPD) und in modulierten Betriebsbereichen liefert Informationen über Übergangsenergien und die Richtung der Ladungstrennung in einem Spektralbereich vom nahen Infrarot (< 0,5 eV) bis zum tiefen Ultraviolett (> 6 eV) bei hoher Empfindlichkeit.
Anwendungsbeispiel
Diamant weist eine extrem breite indirekte Bandlücke von 5,47 eV auf [1]. Abbildung 1 zeigt das DCPD-Spektrum und dessen Ableitung für eine mittels CVD hergestellte polykristalline Diamantprobe. Übergänge, die mit einer Anregung über Defektzustände zusammenhängen, sowie Übergänge um die Bandlücke herum lassen sich klar unterscheiden [2]. Bei den modulierten SPV-Spektren einer anderen Diamantprobe ist die Empfindlichkeit erhöht, und Übergänge bei 5,258 und 5,544 eV, die mit der durch das indirekte Exziton und das transversale optische Phonon unterstützten Absorption zusammenhängen, sind deutlich ausgeprägt. Entsprechende Spektren sind wie Fingerabdrücke und können beispielsweise zur Inline-Kontrolle in Produktionslinien verwendet werden.
Referenzen
[1] C. D. Clark, P. J. Dean, P. V. Harris, „Intrinsic edge absorption in diamond“, Proc. R. Soc. London A 277, 312 (1964).
[2] Th. Dittrich und S. Fengler, „Transitions in polycrystalline diamond probed by surface photovoltage spectroscopy“, wird eingereicht.
![Figure 1: Spectra of DCPD and its deriva-tive for polycrystalline CVD diamond (data after [2]). Onsets at major defect transitions and around the band gap.](/fileadmin/_processed_/b/c/csm_Electronic_transitions_diamond_1_fa9d98c290.png)
Figure 1: Spectra of DCPD and its deriva-tive for polycrystalline CVD diamond (data after [2]). Onsets at major defect transitions and around the band gap.
Fig. 2: In-phase and phase-shifted by 90° modulated SPV spectra of a diamond crystal. Dotted lines give defect related transitions and transitions Eg - Ex ± hvTO.
Verknüpfte Branchen und Applikationen: Epitaxieschichten und dünne Filme
