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Theodor Grünwald

• Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den strukturellen und chemischen Eigenschaften von Defekten und ihrem Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften von Diamant. Untersucht wurden dazu 13 heteroepitaktische Diamantproben aus drei Wachstumsprozessen, die über viele Tage unter konstanten höchstreinen Prozessbedingungen in Hochleistungsplasmaanlagen gewachsen wurden. Sie zeigen zum einen verschiedene Punktdefektkonzentrationen und zum anderen eine systematische Variation der Versetzungsdichte. Aufbauend auf bereits vorhandenen Daten wurden die Punktdefektkonzentrationen von Bor mittels Kathodolumineszenz und Stickstoff mittels Elektronenspinresonanz mit größtmöglicher Nachweisempfindlichkeit im sub-ppb Bereich bestimmt und mit Daten aus pump-probe sowie elektrischen Transportmessungen korreliert. Die daraus bestimmten Einfangquerschnitte und Lebenszeiten dienten als Inputparameter für unser Modell zur Beschreibung des Photoconductive Gains in Diamant. Mit vier RatengleichungenDie vorliegende Arbeit befasst sich mit den strukturellen und chemischen Eigenschaften von Defekten und ihrem Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften von Diamant. Untersucht wurden dazu 13 heteroepitaktische Diamantproben aus drei Wachstumsprozessen, die über viele Tage unter konstanten höchstreinen Prozessbedingungen in Hochleistungsplasmaanlagen gewachsen wurden. Sie zeigen zum einen verschiedene Punktdefektkonzentrationen und zum anderen eine systematische Variation der Versetzungsdichte. Aufbauend auf bereits vorhandenen Daten wurden die Punktdefektkonzentrationen von Bor mittels Kathodolumineszenz und Stickstoff mittels Elektronenspinresonanz mit größtmöglicher Nachweisempfindlichkeit im sub-ppb Bereich bestimmt und mit Daten aus pump-probe sowie elektrischen Transportmessungen korreliert. Die daraus bestimmten Einfangquerschnitte und Lebenszeiten dienten als Inputparameter für unser Modell zur Beschreibung des Photoconductive Gains in Diamant. Mit vier Ratengleichungen und einer Neutralitätsbedingung können so, basierend auf dem Kompensationsverhältnis, also dem Verhältnis der Punktdefekte Bor und Stickstoff in Diamant, Gain Werte bis ca. 10^6 plausibel erklärt werden. Zudem können Vorhersagen über den Einfluss weiterer Parameter, wie der Messspannung oder Detektordicke, getroffen werden. Photostrommessungen an heteroepitaktischem Diamant unter und nach Röntgenbestrahlung dienen als Grundlage zur Evaluation dieses Modells. Sie liefern bei Kenntnis der exakten Dosisleistung Werte für den Gain. Das sehr langsame Abklingen gemessener Photoströme an Proben mit großem Gain erklärt sich durch den Einfang von Elektronen am zuvor positiv geladenen Stickstoff. Dies konnte sowohl in klassischen Photostrommessungen als auch kontaktlos in Form der Dämpfung in SAW Experimenten beobachtet werden. Zur Identifizierung weiterer relevanter Fallenzustände wurden thermisch stimulierte Ströme aufgenommen und in Form der Aktivierungsenergie die Tiefe der Zustände bestimmt. Die Messungen belegen wiederum die Wichtigkeit des Kompensationsverhältnises. Zudem konnten Signale, die mit Borakzeptoren korreliert werden, nachgewiesen werden. Die erzielten Erkenntnisse sind von hoher Relevanz sowohl für die weitere Optimierung der Kristallqualität, als auch für potentielle Anwendungen in der Hochleistungselektronik im Zusammenhang mit der Energiewende oder als Detektoren in der Hochenergiephysik.…