With respect to potential applications as a printable semiconductor material, the optical, structural, and electronic properties of silicon nanocrystal layers before and after two different methods of thermal post-processing are investigated in this work. Liquid dispersions of gas-phase grown silicon nanocrystals in ethanol were produced by a ball milling dispersion method which can be used to form porous nanocrystal layers by spin coating. Evidence for a large degree of surface segregation of phosphorus dopants during nanocrystal growth is given, whereas boron atoms are found to be fully incorporated with a preferential occupation of interstitial lattice sites. The electrical conductivity of spin-coated nanocrystal films after the removal of native oxide barriers critically depends on the doping concentration due to defect compensation by dangling bond defects. As a low-temperature method to increase the conductivity in the spin-coated films, the aluminum-induced layer exchange (ALILE) method can be applied. The resulting aluminum-doped polycrystalline silicon films exhibit promising structural and electrical properties. Differences to the conventional ALILE process for amorphous precursors are discussed in a phenomenological model for the situation with porous particle precursor layers. By variation of the carrier concentration via deuterium passivation, grain boundary limited transport is identified as the dominant mechanism in the polycrystalline films. Alternatively, pulsed laser annealing is applied to recrystallize the nanocrystal layers. Conductive films consisting of a network of molten silicon structures with structure sizes of 400 nm on flexible polyimide substrates were achieved. Electrical conductivities of up to 5 S/cm can be obtained for highly doped nanocrystal films. Defect compensation is still present after laser annealing for low doping concentrations, and the electrical properties are discussed in terms of grain boundary barrier limited transport and potential fluctuations. The good thermoelectric quality of the laser-annealed films in combination with reduced thermal conductivity raises the prospects for potential applications in thermoelectric devices.      «

With respect to potential applications as a printable semiconductor material, the optical, structural, and electronic properties of silicon nanocrystal layers before and after two different methods of thermal post-processing are investigated in this work. Liquid dispersions of gas-phase grown silicon nanocrystals in ethanol were produced by a ball milling dispersion method which can be used to form porous nanocrystal layers by spin coating. Evidence for a large degree of surface segregation of p...     »

Als potentiell verdruckbares Halbleitermaterial für vielseitige Anwendungsmöglichkeiten befasst sich diese Arbeit mit den optischen, strukturellen und elektrischen Eigenschaften von Schichten aus Silizium-Nanokristallen vor und nach thermischer Nachbehandlung mittels zweier unterschiedlicher Verfahren. Aus der Gasphase hergestellte Siliziumpartikel wurden in Ethanol dispergiert und daraus wurden mittels Aufschleudern auf Substrate poröse Partikelschichten hergestellt. Zu Dotierzwecken in der Gasphase in die Partikel eingebrachter Phosphor segregiert zum Großteil an der Oberfläche der Partikel, wohingegen Bor effizient in die Partikel eingebaut wird, wenn auch mehrheitlich auf interstitiellen Gitterplätzen. Nach Entfernen der Oxidhülle um die Partikel zeigt sich eine kritische Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Dotierung, was auf Defektkompensation durch dangling bonds zurückgeführt werden konnte. Eine deutliche Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit ließ sich erreichen durch die Übertragung des Aluminium-induzierten Schichtaustauschs (ALILE) auf die Nanokristall-Schichten. Diese Niedertemperaturmethode führt zu aluminiumdotierten polykristallinen Siliziumschichten von hoher struktureller und elektrischer Qualität. Die Unterschiede zum konventionellen ALILE-Prozess mit amorphem Silizium werden im Rahmen eines phänomenologischen Modells für die Situation mit Silizium-Nanokristallen diskutiert. Mittels Deuterium-Passivierung ließ sich die Ladungsträgerkonzentration in den Schichten variieren, und so konnten Potentialbarrieren an den Korngrenzen der polykristallinen Schichten als limitierende Effekte auf den elektrischen Transport identifiziert werden. Alternativ wurde die thermische Nachbehandlung durch gepulste Laserbehandlung eingesetzt, um polykristalline Siliziumschichten auf flexiblen Polyimidfolien herzustellen, die aus einem leitfähigen Netzwerk aus verschmolzenen Siliziumstrukturen aufgebaut sind. Elektrische Leitfähigkeiten von bis zu 5 S/cm konnten so im Falle von Schichten aus hochdotiertenSilizium-Nanokristallen erzielt werden. Für geringe Dotierkonzentrationen tritt auch nach der Laserbehandlung Defektkompensation in den behandelten Schichten auf, und sowohl Korngrenzeneffekte wie auch Potentialfluktuationen haben Einfluss auf deren elektrische Eigenschaften. In Verbindung mit einer sehr geringen thermischen Leitfähigkeit versprechen die guten thermoelektrischen Eigenschaften der Schichten hohes Potential in der Anwendung für thermoelektrische Bauelemente.      «

Als potentiell verdruckbares Halbleitermaterial für vielseitige Anwendungsmöglichkeiten befasst sich diese Arbeit mit den optischen, strukturellen und elektrischen Eigenschaften von Schichten aus Silizium-Nanokristallen vor und nach thermischer Nachbehandlung mittels zweier unterschiedlicher Verfahren. Aus der Gasphase hergestellte Siliziumpartikel wurden in Ethanol dispergiert und daraus wurden mittels Aufschleudern auf Substrate poröse Partikelschichten hergestellt. Zu Dotierzwecken in der Gas...     »