Investigation of the correlation of electronic and dynamic dislocation properties in ZnO

Abstract

Die vorliegende Arbeit beinhaltet systematische Untersuchungen dynamischer und elektrischer Eigenschaften von Versetzungen in ZnO Einkristallen. Auf Basis der konventionellen Kathodolumineszenzmikroskopie im Rasterelektronenmikroskop (REM-KL) und der neuentwickelten kinematischen REM-KL-Mode wurden die plastische Deformation, die Aktivierung unterschiedlicher Gleitsysteme sowie die Entstehung und Verbreitung von Gleitversetzungen in Beziehung zum lokalen Kathodolumineszenzverhalten untersucht. Es wurde eine gleichzeitige Aktivierung von basalen und prismatischen Gleitsystemen mit niedriger Peierls-Spannung bei Temperaturen von 70K bis 300K beobachtet, diese Systeme wurden als {0001} und {10-10} identifiziert. Im theoretischen Teil der Arbeit wurden Versetzungsloopstrukturen konstruiert, dabei wurden die Segmente der Versetzungshaupttypen desWurtzite-Gitters benutzt. Das ermöglicht die Beschreibung der Ausbreitung von Gleitversetzungen in ZnO. Es wurden neuen Methoden zur quantitativen Analyse des Defektkontrastverhaltens in KL-Mikrobildern und KL-Filmen entwickelt, um eine mögliche Verbindung zwischen Typ, Dynamik und den electronischen Eigenschaften der Gleitversetzungen zu finden. Zum ersten Mal konnte eine Typeabhängigkeit der Dynamik und Rekombinations- aktivitaet von Stufen- und Schraubentypversetzungen in Basalgleitsystemen sowie insbesondere für die polaren B(g)- und A(g)-Versetzungssegmente aufgezeigt werden. Darueber hinaus wurde eine schwache Verringerung des dynamischen KL-Kontraste bei einer Vergrößerung der Gleitgeschwindigkeit festgestellt.

The presented work deals with systematic studies on the dynamic and electrical dislocation properties in ZnO bulk crystals. Based on conventional cathodoluminescence (CL) microscopy in the scanning electron microscope (SEM) and a new kinematical SEM-CL technique the appearance of plastic deformation, the operation of various slip systems and the generation and propagation of glide dislocations have been investigated in correlation with the localised luminescence behaviour. Simultaneous activation of basal {0001} and prismatic {10-10} slip systems has been identified in temperature range from 70K up to 300K. Models of glide dislocation loop structures and glide prism configurations in wurtzite lattice have been proposed and verified. New methods for advanced analysis of CL micrographs and CL movies were developed to explore possible relationship between dislocation types, dynamics and intrinsic electronic behaviour. For the first time, a type-dependence of dynamics and recombination activity for basal edge-type and screw dislocations as well as for the polar B(g)- and A(g)- dislocation parts has been revealed in ZnO, and weak reduction of dynamical dislocation recombination activity versus increase of slip velocity is discovered.