Zeitaufgelöste Photoemissionsspektroskopie an Au-GaAs Schottky-Kontakten

Inhaltsverzeichnis

• 1 Einleitung
• 2 Theorie der Ladungsträgerdynamik
  • 2.1 Gleichgewichtsdynamik
    • 2.1.1 Energieniveau-Schema vor Einstellung des thermodynamischen Gleichgewichts
    • 2.1.2 Metall-Halbleiter Kontakt im thermodynamischen Gleichgewicht
    • 2.1.3 Schottky und Bardeen-Modell des Metall-Halbleiter-Kontakts
  • 2.2 Transportdynamik
  • 2.3 Relaxationsdynamik
    • 2.3.1 Zwei-Temperatur-Modell
    • 2.3.2 Theorie der Fermiflüssigkeiten
    • 2.3.3 Boltzmann-Transport-Modell der Thermalisierung
• 3 Laborbeschreibung
  • 3.1 Laser
  • 3.2 Ultra-Hoch-Vakuum
  • 3.3 Flugzeitspektrometer
• 4 Probenpräparation und Charakterisierung
  • 4.1 Probenmaterialien
  • 4.2 Probenherstellung
  • 4.3 Elektrische Charakterisierung
    • 4.3.1 Strom-Spannungs-Kennlinien
  • 4.4 Temperaturbeständigkeit
  • 4.5 Photostrom
    • 4.5.1 Messmethode
    • 4.5.2 Kennlinie unter Beleuchtung
    • 4.5.3 Abhängigkeit von der Fokussierung
    • 4.5.4 Quanteneffizienz
• 5 Multi-Photonen-Photoemission von Au-GaAs-Schottky Kontakten
  • 5.1 Multi-Photonen-Photoemissionsspektren
    • 5.1.1 Ohne Spannung über den Kontakt
    • 5.1.2 Spannungsabhängigkeit
  • 5.2 Modell der transienten Oberflächenspannungen
  • 5.3 Simulation der Flugzeit
  • 5.4 Messungen zum Modell
  • 5.5 Ergebnisse
• 6 Elektronendynamik eines Schottky-Kontakts
  • 6.1 Messmethode
  • 6.2 Bestimmung der zeitlichen Überlagerung des Pump- und Probe-Pulses
  • 6.3 Wahl der Spannungen und Leistungen
  • 6.4 Temperaturauswertung
  • 6.5 Spannungsabhängigkeit
  • 6.6 Reproduzierbarkeit der Messungen
  • 6.7 Ergebnisse

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der Elektronendynamik in Au-GaAs Schottky-Kontakten mittels zeitaufgelöster Photoemissionsspektroskopie. Das Ziel ist es, die Dynamik der Elektroneninjektion in den Halbleiter nach Anregung mit ultrakurzen Laserpulsen zu verstehen.

• Die Dynamik der Elektroneninjektion in einem Metall-Halbleiter Kontakt
• Die Bildung einer negativen Ionen-Formation als Startpunkt für viele lichtinduzierte dynamische Oberflächenprozesse
• Der Einfluss von angeregten Elektronen auf Grenzflächenreaktionen
• Die Untersuchung der Photoemissionsspektren von Au-GaAs-Schottky Kontakten
• Die Entwicklung eines Modells zur Beschreibung der transienten Oberflächenspannungen

Zusammenfassung der Kapitel

Die Arbeit beginnt mit einer Einführung in die Thematik der zeitaufgelösten Photoemissionsspektroskopie und der Elektronendynamik an Grenzflächen. Im zweiten Kapitel werden die theoretischen Grundlagen der Ladungsträgerdynamik in Metall-Halbleiter Kontakten erläutert, inklusive Gleichgewichtsdynamik, Transportdynamik und Relaxationsdynamik. Kapitel drei beschreibt die experimentelle Apparatur, bestehend aus Laser, Ultra-Hoch-Vakuum-System und Flugzeitspektrometer. Kapitel vier behandelt die Probenpräparation und Charakterisierung, inklusive der elektrischen Charakterisierung, der Temperaturbeständigkeit und des Photostroms. In Kapitel fünf werden die Ergebnisse der Multi-Photonen-Photoemission von Au-GaAs-Schottky Kontakten präsentiert und ein Modell zur Beschreibung der transienten Oberflächenspannungen entwickelt. Kapitel sechs widmet sich der Elektronendynamik eines Schottky-Kontakts und beinhaltet die Messmethode, die Bestimmung der zeitlichen Überlagerung des Pump- und Probe-Pulses sowie die Auswertung der Spannungsabhängigkeit. Die Arbeit endet mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick auf zukünftige Forschung.

Schlüsselwörter

Zeitaufgelöste Photoemissionsspektroskopie, Elektronendynamik, Au-GaAs Schottky-Kontakt, Transienten Oberflächenspannungen, Elektroneninjektion, Bandverbiegung, Photostrom, Ultra-Hoch-Vakuum, Flugzeitspektrometer, DIET-Modell, DIMET-Modell.