TY  - THES
AB  - Gegenstand der verfassten Dissertationsschrift ist die Entwicklung neuartiger, lichtsensitiver und spektralselektiver Photodioden aus amorphem, hydrogenisiertem Silizium sowie amorphen Siliziumlegierungen. Üblicherweise erreicht man Farbselektivität in Bildaufnehmern aus kristallinem Silizium durch Aufbringen optischer Filterschichten auf einen helligkeitsempfindlichen Sensor. Nutzt man die wellenlängenabhängige optische Absorption des amorphen Materials aus und erzeugt zudem einen mehrschichtigen Halbleiterstapel, dessen Ladungsträgerdrifteigenschaften sich für unterschiedliche Schichttiefen unterscheiden, wird eine Feldsteuerung der spektralen Empfindlichkeit ermöglicht. Anhand der vorgestellten Bauelementarchitekturen kann eine beliebige Anzahl ortsaufgelöster Farbsignale in nur einem einzelnen Sensorelement generiert werden. Es wird der Entwicklungsprozess von Helligkeitssensoren über diskret bandabstandsoptimierte Mehrfarbsensoren bis hin zu höchstkomplexen, kontinuierlich bandveränderten, Hyperspektralsensoren beschrieben. Die genaue Kenntnis elektrooptischer Eigenschaften der implementierten Einzelschichten in derartigen Detektoren - diese Dünnschichten sind Absorptions-, Dotierungs- und Kontaktschichten - ist im Entwicklungsprozess unabdingbar. Im Rahmen dieser Arbeit findet eine ausführliche elektrische und optische Charakterisierung einer Vielzahl diskreter Dünnschichten mittels Strom-/Spannungs-, spektraler Empfindlichkeits- und konstanter Photostrommessungen statt. Zudem werden fundamentale Ergebnisse aus optischen Simulationen, insbesondere Absorptions-, Reflexions- und Transmissionsspektren sowie Schichtdickenanalysen, präsentiert und diskutiert. Weiterhin wird das transiente und das kapazitive Verhalten der hergestellten Farbsensoren beleuchtet. Um die Funktion der Sensoren anhand von Transport-, Generations- und Rekombinationsmechanismen von Ladungsträgern im amorphen Silizium physikalisch nachvollziehen zu können, werden zwei Modelle, ein stark vereinfachtes, analytisches Modell und ein komplexerer, numerischer Modellansatz zur Berechnung diverser halbleiterphysikalischer Parameter des Sensorelementes pin-Diode, gegenübergestellt. Besonderes Augenmerk wird in diesem Zusammenhang auf den örtlichen Verlauf des elektrischen Feldes und dem Produkt aus Ladungsträgerbeweglichkeit und -lebensdauer, dem mutau-Produkt, gelegt. Diese Parameter definieren die Driftlänge, die fundamentale Variable zur Steuerung der spektralen Empfindlichkeit. Die vorgestellten Modelle sind zur Beschreibung der spektralen Empfindlichkeit ungeeignet, jedoch tragen sie in großem Maße zum Verständnis der Funktionsweise der entwickelten Bauelemente bei und unterstützen die Interpretation der entstandenen Messergebnisse. Ein selbst entwickeltes Modell zur Beschreibung des Kathodenmaterialeinflusses auf Interferenzerscheinungen in der fallenden Flanke der Spektralantwort stellt ein eigenständiges Kapitel der Arbeit dar. Die Herstellung eines Hyperspektralsensors, dessen Bauelementstruktur sowohl die Detektion des nahezu kompletten sichtbaren Spektralbereiches als auch die Abtastung im nahen UV-Bereich ermöglicht, ist eines der wissenschaftlichen Kernresultate der Dissertation. Ein neuartiges Prozessierungsverfahren, welches eine textit{in situ}-Strukturierung von Dünnschichten im Hochvakuum-Herstellungsprozess ermöglicht, ohne diese mit Flüssigkeiten zu ätzen, wird ebenso präsentiert. Unmittelbar vor Fertigstellung der Arbeit konnte erfolgreich die Integration eines vergrabenen, diskreten a-Si:H-Dünnschichtfilters, welcher gesondert die Grünempfindlichkeit eines Mehrfarbdetektors unterdrückt, demonstriert werden. Nicht zuletzt belegen die vorgestellten Dünnschichtbauelemente, dass diese innovative Sensortechnologie zur Erkennung koloristischer Merkmale erhebliches Potential der Weiterentwicklung aufweist. 

Ein potentielles Einsatzgebiet der neu entwickelten Sensoren liegt im Bereich der Sicherheitstechnologie, zum Beispiel in der Erkennung von Gefahrstoffen, wie Sprengstoffen oder illegalen Drogen. Ebenso sind Anwendungen in der Medizin- und Umwelttechnik vorstellbar, etwa bei der Klassifizierung von Abfällen oder bei Untersuchungen von Gewebeproben. Mögliche Anwendungsfelder erschließen sich zudem in Bereichen der Photovoltaik, spektrophotometrischer und hyperspektraler Messsysteme sowie in chemischen Analyseverfahren.
AU  - Bablich, Andreas
DA  - 2014
KW  - Photodioden
KW  - optische Sensoren
KW  - Amorphes Silizium
KW  - Photovoltaik
KW  - Photo diodes
KW  - optical sensors
KW  - amorphous silicon
KW  - photovoltaics
LA  - ger
PY  - 2014
TI  - Modellierung, Herstellung und Optimierung von a-Si:H Mehrfarbdioden für eine verbesserte Farbseparation
TT  - Modeling, production and optimization of a-Si:H multicolordiode for an improved color separation
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-7877
Y2  - 2024-11-22T15:42:52
ER  -