Diese Dissertation befasst sich mit dem Kupferoxid Cu2O bezüglich seiner Anwendbarkeit als p-leitender Kanal in Dünnschichttransisitoren. Die Auswahl des Materials liegt begründet in den vielversprechenden elektrischen Eigenschaften als Einkristall. Um konkurrenzfähig zu sein mit anderen Technologien zur Implementierung von elektronischen Schaltungen auf flexiblen Substraten, muss die Temperatur während der Herstellung unter 200°C bleiben. Die elektrischen Eigenschaften dünner Schichten, die auf diese Weise abgeschieden werden, weichen stark von denen eines Cu2O-Einkristalls ab und verhindern das Auftreten des erwarteten Schaltverhaltens, basierend auf den Eigenschaften des Einkristalls. Das Ziel dieser Arbeit ist, die Gründe für diese Diskrepanz aufzuzeigen.

Verschiedene Schritte des Herstellungsprozesses eines Cu2O-Dünnschichttransistors wurden analysiert, insbesondere in Bezug auf den Oxidationszustand des Kations. Diese Schritte umfassten die Dünnschichtabscheidung, die Analyse von Grenzflächen zum Isolatormaterial sowie Temperaturbehandungen nach der Abscheidung. Halbleitende und isolierende Schichten wurden mittels reaktiver Magnetron-Kathodenzerstäubung (Cu2O, Cu4O3, CuO, Bi2O3, Al2O3) und Atomlagenabscheidung (Al2O3) hergestellt. Eine in-situ Analyse der Materialeigenschaften in Abhängigkeit der Schichtdicke mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie wurde gepaart mit der in-situ Messung des elektrischen Leitwertes. Weiterhin wurden die Eigenschaften von Cu2O-Dünnschichten und Dünnschichttransistoren in Abhängigkeit der Schichtdicke untersucht, der Temperatur, des Sauerstoffpartialdrucks sowie der Verweilzeit unter bestimmten Bedingungen.

In dieser Dissertation wird aufgezeigt, dass die Limitierungen im Schaltverhalten der Transistoren ihren Ursprung hat in der Polykristallinität des Materials, kombiniert mit einer inhärenten Tendenz zu Oxidation und Reduktion der Kationen. Zum einen führt ein Auftreten von metallischem Cu(0) zu einer Verarmung der Ladungsträger durch die Fixierung der Fermienergie an der Cu/Cu2O Schottky-Barriere. Zum anderen sind die Korngrenzen stärker elektrisch leitfähig als als das Innere der Cu2O-Körner, was durch das Auftreten von Cu(II) in den Korngrenzen verursacht wird. Ein mathemtisches Model zur Beschreibung der schichtdickenabhängigen Leitfähigkeit unter Berücksichtigung der Korngröße wird beschrieben.