167
Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft In-Situ Raman Spectroscopy: A Method to Study and Control the Growth of Microcrystalline Silicon for Thin-Film Solar Cells Stefan Muthmann

In-Situ Raman Spectroscopy

  • Upload
    others

  • View
    5

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: In-Situ Raman Spectroscopy

Ener

gie

& U

mw

elt

Ener

gy &

Env

iron

men

t

133

Energie & Umwelt / Energy & EnvironmentBand / Volume 133ISBN 978-3-89336-774-0 M

itglie

d de

r H

elm

holtz

-Gem

eins

chaf

tM

itglie

d de

r H

elm

holtz

-Gem

eins

chaf

t In-Situ Raman Spectroscopy: A Method to Study and Control the Growth of Microcrystalline Silicon for Thin-Film Solar Cells

Stefan Muthmann

Stef

an M

uthm

ann

In-S

itu R

aman

Spe

ctro

scop

y

Page 2: In-Situ Raman Spectroscopy

In-Situ Raman Spectroscopy:

A Method to Study and Control the Growth of

Microcrystalline Silicon for Thin-Film Solar Cells

Von der Fakultät für Elektro- und Informationstechnik

der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen

zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften

genehmigte Dissertation

vorgelegt von

Diplom-Physiker Stefan Muthmann

aus Regensburg

Berichter:

Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Uwe Rau

Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Vladimir Dyakonov

Tag der mündlichen Prüfung

17.01.2012

Diese Dissertation ist auf den Internetseiten der Hochschulbibliothek online verfügbar.

Page 3: In-Situ Raman Spectroscopy
Page 4: In-Situ Raman Spectroscopy

Forschungszentrum Jülich GmbHInstitut of Energy and Climate Research (IEK)Photovoltaics (IEK-5)

In-Situ Raman Spectroscopy: A Method to Study and Control the Growth of Microcrystalline Silicon for Thin-Film Solar Cells

Stefan Muthmann

Schriften des Forschungszentrums JülichReihe Energie & Umwelt / Energy & Environment Band / Volume 133

ISSN 1866-1793 ISBN 978-3-89336-774-0

Page 5: In-Situ Raman Spectroscopy

Bibliographic information published by the Deutsche Nationalbibliothek.The Deutsche Nationalbibliothek lists this publication in the Deutsche Nationalbibliografie; detailed bibliographic data are available in the Internet at http://dnb.d-nb.de.

Publisher and Forschungszentrum Jülich GmbHDistributor: Zentralbibliothek 52425 Jülich Phone +49 (0) 24 61 61-53 68 · Fax +49 (0) 24 61 61-61 03 e-mail: [email protected] Internet: http://www.fz-juelich.de/zb Cover Design: Grafische Medien, Forschungszentrum Jülich GmbH

Printer: Grafische Medien, Forschungszentrum Jülich GmbH

Copyright: Forschungszentrum Jülich 2012

Schriften des Forschungszentrums JülichReihe Energie & Umwelt / Energy & Environment Band / Volume 133

D 82 (Diss., RWTH Aachen University, 2012)

ISSN 1866-1793ISBN 978-3-89336-774-0

The complete volume is freely available on the Internet on the Jülicher Open Access Server (JUWEL) at http://www.fz-juelich.de/zb/juwel

Neither this book nor any part of it may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, microfilming, and recording, or by any information storage and retrieval system, without permission in writing from the publisher.

Page 6: In-Situ Raman Spectroscopy

Abstract

������� ������� � � �� � ���������� ���� � �μ ������ �������� ���� ���

�� � ������ � ��� ������� ����� �������� �� �������� ��� � ��� ����� �������

��� ������ ������� ���� �� ��� � ��� � ������ � ���� ��� ���� ���

�������� �� ��� �� ���� ������� �� !���� ��� ��� �� �� � ���� ����"��

��� �����# ��� � ����� � ��������� ������� �������� �������� ���������

����� ��� ��$��������� ��� ����� �� ��� ������ %��� ��� ����� ���� ���

���� � ��� ����� ���� � ���� ����������# ��� � ������� ������� !���� ����

��������� ����� ��� �������� ����� ������ ����� �� ���� �� ���� ��������

�&'()*� μ ������ +����������� ��� ���������� ����� �� ��� �IRSC � ���

��� ����������� � ���� ��� ��� ������ �� ���� ��� ���� ������ % ���

���� ������� !���� ����������� ������ �� ��� ��� ���� ��������� �� �

&'()* ������# ��� �� � ��� ����� ����� �� ���� � �� �� ������� ,� ������

������� ����� �� ��� � �� ��� �� �������� � ��� ���� ����� ��� � &'()*

��� ���� ��� ��������� %��� ����� ������ �� � ��������� � � ��� ��� ��� ��

���� ��� � �������� ��� ������� -� ���� ��� ������� ������� ��� ���� � ���

��� ���� � ��� ���� �� ���������� �� �� ��� �� ������ %�� �� ������

���� �������� ���� ��� ���� ����� �� ��.����� ���� �� ���� ��� �����

���� , �������� ������� ��� �� ������ ��� ���� ������ ����� �� ���

�������� � ��� ��� ���� ������� � ��� �������� �� ���� �� ���� !����

��� ��� �� ������� ��� ����������� � ������ ���� � ����� ��� ��� ��� ���

��� � ������� ��������� *�� � �������� ��� ����� �� �� ��� �����������

��� ����������� ��� �� �� ������� ��� � ��� ����������� ���������� ��� ����

������ � ���� ��� ��� ���������� �� ����������� �� ����� ��� �������� -�

������ ��� ����� �������� � ������� ����������� �� ����� �� ������� �� ��� ���

������� ��� �������� %�� ���������� ����� �� ��� � ���� μ ����� �����

��� ���������� ������� ���� ��� ���� ������ , ������� ������� ��������

���� ���� /0�1 � �� ��2 ���� �� ��������������� ��� � ������# ��� � ��������

Page 7: In-Situ Raman Spectroscopy

��������

�� ���� ���� � �� �� ������ ������� ������ ��� ��������� �������� �� ���

���������� �������� ������ ���� �� ��� ���� ��� �������� ������� ���� �� ����

�� �� �� �������� ���������� ����� ���� ������� ��� ����� ��� �� �������� ��

��������� �������� ������� ���� ������ ��������� ��� ����������� �� ��� �������

������ ��� ������� ���� �� �� ������� �� �� ����� � ������� ��� ��� ������

���� �� � ��� ! �����"� ����� ����� !���� ��� �� ������� �� ��� ���������

�� ��� ����������� ����� �������� ������ ������� ����� ������ �� ��� �� ������ ��

��� ���������� ���� ����� ��� ������� �������� � ���� ����� �� ������ ��������

��� �����#���� �������$����� �� ��� ����������� ����� �������� ��� ��������� %�

�������� ����������� ��� �� ������� �������� ����� �� ����� ������� �� ��� ���

����� �� ������ ��� �������� ������������ �� ��� &��� ������������� �� ������

���������� � ������� � �������� �� ������� &��� � �������� � �� ����� �� ��

������ ������ ������� ��� ������� �� ������� ��� ������� �� ������� &��� � ���

������ � �� ������ '���������� �� ��� �� ������� �������� �� ��� ��� �� ��

� ����������� �� ��� ������ ��� '��� (� ��� ������� �� ������ ��� �������� ��

��� ����� ������ �� � ������ �� �� ������� ���������� �������� %� �����������

��� ������� ���������� �� ������� �������� �� ����������� �� ��� ����� ���� )

������ ��� ������ '��������� �� ��� ������ ��� ������� ���� �� �� �������) ��

�� ������� �� ������� ������������ ��� ����� ���� ��������� �� �� ������ ���

���� �������� &��� � �������� � ��� �� ���� �� ������ ��� �� ������� �� �

"�� * �� ���+ �� ��� ���� ������� �� ������� ���� � ������ ������ ����

���� �� ���������� �� ��� ��������� �� ������� ����� � �������� &���

� �������� � ������� ��� ������ ������������ �� ��� �� ������� �� � �������

"�� %� ��������� ��� ���� ������� ���������$�� �� ��� &��� �������

���� ��� ��������������� ����� �� ��� &��� ���������� ��� �������� !����

��� ����������� �� ��� ���������� ��� ��������� �� � �����+ ����� ������� ���

������� ������������ �� ��� "� �� �������� ��� �� ������� ������ ���� ����

���������� �� ����� �������������� ���� ������� �� ������� ��������� (� ����

���������� ���� ���� �� ������ ������� �� ��� ��������� ������ ������� �� � ����

����$�� �� ������� �� ��� ������� ����� ���������� ��� �� ������� �� � ��� !

"��

��

Page 8: In-Situ Raman Spectroscopy

Zusammenfassung

�������� �� �� ���� ��� �� ��� �� �������� ������� ������������� ����

��� � ���� ��� �� ����� ����� � �������� � ���� �� �������� ���� � ��� �

���� ������ �! ������ ��" "� ���� � #� ���"�� �" "�� $��� ���� "� ��

����"� ���� %�� � �&� '�"� � ��! (���� ����� ������ �� ���� )����

���"�� ��� "� ��� ���������� ����� �� *������� )��� ��������������� "�� ��

�� "� ���� "� ������� � �������� �������! ��� %� ������"� ���� ���

�� ���� "�� +��*���� �� �" �*��" �� ���� �� � ����� )�� ��� � "� �

� �� �� *�� ��" "� ����� ��� ������� ��������� ,������ �����" ��

��+-#�� (���� ����� ������ � ��� �����! �� �� � ��� * "� ��� ���

� ����� )� ���� "� � ��������� #�� ��������� �IRSC � �" "� .���� ��

� ���� *�����"�� ����� ������� � ��������! /� (���������� ������

�� ���� ���� '� ������ ���� ������������ � �� �� �� ����� �+-#� �0���

" ����� �� � �1���� ���1���� ��� �������� 2 ���� ��� ��� ������ +���

����! +�� )�� ��� � "� ���� ������� � ����� �� �� ���� �+-#� +���� �"�

����� �� �� �" ��������� +��3 � � "� 4���� � %�� "����� ������ � �������

��� ������ * "� ���*������! ���� ��� ��� � � ��1 ���� "� ����� �����

5��"�� ��� "�� "� ����� � �� �� *� "! � �� "�� +����� %�� ����� ����� ��

��� � ���� * "� "� +��3 "� �������� � ����� �� ��� � �� �������

. ���� ��� �� � %� ���� �! ��� ����������� %�� ��������� "�� ��� "�� �� ��

��� �� %� ����"���� 4���� � ������ * "� ��� ���! +�� 2 ������

���� �*����� "� � �� �� "� 6������������ "�� " �� "�� � ����� ��

%� ���� *� " �" "�� +����������� "� ��������� ����� * "� ��������

���! �� (���� ����� ������ ������ �������� �� � �� %�� 7�� � ��� ��

" ������� � *� " ���� "�� ��� ���� ������� " �� "�� )� ���� � ����� *� �

"��! �� "�� .���� �� "� �������*���� � �������"��" �����3 � * "� "��

����� �� "� ������� " �� (���� )� ���� ��� ���! � �� )�" ��� ��

"� 7�� ���� �� * "� ��8����� ��������������� ��� �������� ����� �� � �

���

Page 9: In-Situ Raman Spectroscopy

��������������

������� ��� � ������ �������� ���������� ���� ��������� ��� IRSC �����

�� ���������� ��� ����� ������������ ���� �� ������� �������� ��!"����

��� �� � #$�% �& ��� ����� ��� ���������� �� ����������� �'������& ���

��������� (�� ����� ������������ ������ ����������� ��� �� � )�% �*� ����

�'����� ���� �������� ��!"���� ������ ��� + � ���� ������������ ���������

����� ��������������� ��� ,�������� �� ������� ��������� �� ������������"����

-����& �� ���� �� ����������������� �� ����� ����& ���� ���� ���� ����

.������������ ����� �������� -� �� (����� �� �������������������

��� ���/� ���!��� ��� �� ������������� ����� ����� -��������������� ���� ���

��� �� ��� ������� ��� IRSC ����� ����� �����������'���� �����������

-�� ���!��� ��� ������������� ��� �� 0���������������� �� ��������� �����

�� ������ ����� ���� 1����� �� ��������/��� �������������� ��� IRSC

��� ����� �� �������'���� �� 0������� ����������� �� ������ �� ����

����& ��� �� ����� ������� 2������� �� 3��!����� ���� ,����������� ��

���������� �� 0��������������� �������� ���� ����� ��� "������� ����

��� ��� ������� 2�����'��������'�� ��� 3������� ��� ���� ������ 4�� ������

������ ��� ����� �� (���'���� ����� ��"���� �� 4�� ������!����� �����

�� ���������0������� ����� ���� �� -���������� ����� ���� ����������� ��

������ �� ���� ����& ��� 4�� �����"������ �� � ������ �������� ��������

��� ��������� ���� �"����� -���� 5���������� �� ������� ��������� � ��

4�������� ��� ����� ����� ��� ������������& ��� �� "����� ���& �� 6���������

��������� ����� ����� ���� ���� ������ 4�� ������������ �������� ���������& ���

�� ��"���� �� 4�� ������������� ����� �� �� �������'���� �� ����������

�����7���� 2��� �'��������'�� ��"������ �� ������� �� 8�'������ �����

�������� �������� (����� ��� ����� ������� 4������� ���� �� ���������

��'������ ����������� 2��� �'��������'�� ��"������ �� ������ �������

�� ���������'������� -���� ���� ��������� �� 4�����& �� �� �� 2���

��������� �9������������ ���& ������ ���� ������ ,����������� �� ��������

������ �������� ����� -����� ���� 8�'�������������� �������� ���

2��� �'��������'�� ��"������� 1 �� -�'������������� ���� ����� �����

'������� ������ 8�'�������������� ������������� -���� ������ 2������� ��

����������� ��� ������ ���� �������������� �� ���������'������ ����� ��

0������� ����� ����� ������� �������� �����

��

Page 10: In-Situ Raman Spectroscopy

���� �� ��������� � � � �������

List of Abbreviations and Symbols

����� �������� ����� ������

����� ������ ������

���� ���� ����� ������

��� �� ��� ���� ��������� ����

��� ���� ����

����� � ���������� ����������� ����� � ����������

IRSC � � � ���� ������

� ! �� �������� ������� �������

SiH4 ��� ��

SiH3 ���� � ��� �

p �������� ��������

SC ��� �� ������� ���

T ������ ����

� ������� � �� ���

ε0 � ���� �������� ����������

P ����� ��� �"�� ������

Voc ����������� ��� ��

Jsc ������������ ������� ������

FF #��� # ���

Vm ��� �� � � ����� �"�� ����

Jm ������� ������ � � ����� �"�� ����

Pm � ����� �"�� ����

Pill ������� ���� �"��

Vbi $���� �� ������ �

EC �������� $ ��

EV � ����� $ ��

EF #���� �����

I480 ������ ��� �������� % ������ �����$����

� � � � ��������

Page 11: In-Situ Raman Spectroscopy

���� �� ��������� � � � �������

I520 ���������� ������ � ��������� ����������

�� ����� �������

RT ��������������� ������ ����

Tl ������ �����������

dop ������� � �� ������

VP ����� ��������

ni �� �����

dsh ����� ����

λdb ����� ������

ne �������� �����

dinf � ������� �����

del ��������� ������

dpl ����� ���� ������

tcool ���� ���� ��� ������� ����

TS ������� �����������

TH ������ �����������

ΔT ���� ������ ����������� ������

Tcrys ������������ �����������

lp ���� ������

Itot ����� ���� ������

σnoise ������� ������� � ��� ���������� ���

Acirc ���� � � ������� ���� ���

Aelip ���� � �� �������� ���� ���

lth ������� ���������� �����

n ���� � �� ������

neff ������� ���� � �� ������

cP ���� ������� �� ������� ������

λth ������� ����������

ρ �����

dmax ������ ������

I0 ���� ������

ldiff �������� ���

dfoc ���� ������

dbeam ���� �������

Tmin ����� �����������

Δt ��� �������� ������� ��� ���������� �

������

tint ��������� ��� � ��� ��

nacc ������ � �����������

ttot ����� ��������� ���

tnet ��� ��������� ���

��

Page 12: In-Situ Raman Spectroscopy

���� �� ��������� � � � �������

tread ��� ���� �� ��

tshut � ��� ���������� ��

Rd ������� ���

Isub,0 ��� ������� ��������

davg ������� ����� ������ ����� ��� ����������

������

tdep ������� ��

ISC �� � �β ����� ���

Theat ���� ���������

Tglass ������� ���������

tspec ���������� � ����� ���� ��

toff ������ �� ��

������� ���� ���� ����

������� ��� ���� ����

�� � ������� ���� ������� �������

tglow �!�����" �� �� � ������

tdark ��� ������ ���� ��

ton �� �� �� � ������

vrates ��� ��"��� ������ ��� �" ������� ���

dgrid ������ ��"��� ��� ����

tdis ����� �! � ��������� � ����� �����

wdis "� �! � ��������� � ����� �����

Tfilm ��� ���������

Δ T #��������� �������

CRam �������� ������

kB ���$����%� ������

Iph & �� ������

SCp ����� ���������� ����� ������� �������

SCI ����� ���������� ����� ������ �������

Rd,cw ������� ��� ����� ������� ������ �����

���

Rd,pulse ������� ��� ����� ������ ������ �������

���

Page 13: In-Situ Raman Spectroscopy

Contents

1 Introduction �

2 Theory and Experimental Methods �

��� ���� �� ���� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �

����� ���� ������� � ��� �� ���� � � � � � � � � � � � � � � � �

����� ���� ������� ���� ��������� ���� � � � � � � � � � � � � �

����� ������� ���� � � �� ��� � � � � � � � � � � � � � � � �

��� ���� !�������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

����� ��� ��"�����#�� $�� ���� � ����� � � � � � � � � � � � ��

����� !����%������� ������ &�� � $�� ���� � � � � � � � � �'

��� ����������(��� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �)

����� *��� ������ �� �� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �)

����� +����� %���� � ������ �� �� � � � � � � � � � � � � � � � ��

����� � �� �� ����������(��� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �'

3 Experimental Realization of an In-Situ Raman Setup Inside aPECVD Chamber ��

��� %,�������� *�-�������� ��� *�������� �� � � � � � � � � � � � � ��

��� .�������� � / � *��� ����� ��� � !�����!��� !%�&$ *���� � ��

����� +����� !��� / ��� .������ ����� � � � � � � � � � � � � � � ��

����� +����(��� ��� +����� � � ����� � � � � � � � � � � � � �

����� *������� ��� !��� � ����#��� � � � � � � � � � � � � � � �0

����' ��,��(��� ��� ������� �1 ��� *��� � � � � � � � � � � � � ��

��� .�������� � / � *��� ����� ��� � �� 2������ %���� �� � � � � ��

��' %������� �������� / ��� ���� ��� ��� � � � � � � � � � � � � � � �'

��'�� !���� .����� � ��"��� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �'

��'�� � �� ��� �� $�3����� 4� 2�� *����� � � � � � � � � � � ��

"���

Page 14: In-Situ Raman Spectroscopy

��������

����� ��������� ����� ��������� ������ � � � � � � � � � � � ��

����� ������ ��� ���� ������� �� ������� ���� � � � � � � ��

��� ����� ����� ����� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �!

����" �#$������� ��%��� �& ��� ����� ����� ���$��'

����� ������ � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

����! ��� ������ �������� �& ��� ����� ����� ���$��'

����� ������ � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �(

��) ������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

4 Determination of the Crystalline Volume Fraction of Growing μc-Si:H Layers ��

��" *������ �� +������� �& ��� '��� *��� �$����� � � � � � � ��

��"�" +��������� ,������ ��� ,����� �& � ����������

���-�� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �)

��"�! +��������� ,������ ��� ����� �& ��� .�������� ���� ��

��"�� /��0����� .���1���� �� � '��� ���� � � � � � � � )2

��! ������� �& ��� ������ ��� ,�������� �& ��� .��������

3����� ������ � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � )�

��� '��� ����������� �& ��� .�������� 3����� ������ � � � � � ))

����" .�������� 3����� ������ ,������� ,��� ��� ,�$�'

��� �& � ���� μ�'�4� ��� � � � � � � � � � � � � � � ))

����! ,�$�� ,�$���� �#'��� ����������� � � � � � � � � � � )(

����� .��$���� �& �#'��� �� '��� ����������� � � � � � �2

��� '��� ����� �& ��� ��� +���� �& ,�$���� � � � � � � � � � � �!

����" ������ �& ��� ,�$�� *������� � � � � � � � � � � � � � � �!

����! 5���� �& ��� ��1������ � ��� ��� +���� �& ,�$���� �!

����� .������� ��� ��� ��� +���� �& ,�$���� � � � � � � � ��

��� ������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

5 Influence of a Process Instability on Layer Growth and Solar CellPerformance ��

��" 5���� �& � +������ ,����1��� � ��� +����� �� ��� ��� �

��� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

��"�" ,��� �& ��� �#$����� � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

#

Page 15: In-Situ Raman Spectroscopy

��������

����� ������ � �� ������ �������� � � ������ � ��

������ ����� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��

����� ����� ����� ����������� ���� � ������� ���!���� ��

����" ������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �"

��� ��#����� � � ������� ���!���� �� ��$% ����� ���� ��� ������� �&

����� ��#����� � �� ����� � �� ���!���� � � � � � � � � �&

����� ��#����� � �� '(� � �� ���!���� � � � � � � � � � )�

��� *��������� +������ ��������, � -�,��� �����( .� � ��

��!���� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � )�

��" ��������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � )�

6 Influence of the Deposition Parameters on the Film Temperature ��

&�� ���!���� � �� *��������� ����������� � � � � � � � � � � � )/

&�� �����( ������ ������ � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���

&���� ����� � �� ������ 0 ������. � � � � � � � � � � � � � ���

&���� ��#����� � � �����( ������ �� -�,�� ���.� � � � � � � � ���

&�� �������� � �� 1�� *��������� � 2���� ���.� ���������

&���� 3!���4��� � �� 1�� *��������� � ������ �����

�� ��������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��&

&���� ��������� �� 1�� *��������� !, �(5���� �� +6���

��� %���� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���

&�" ��������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��)

7 Summary & Outlook ���

6

Page 16: In-Situ Raman Spectroscopy

1 Introduction

����������� �� �������� � ���� � ������ � ����� � ����� ����� ��

� �� ���� ����� �� � � � ��� ��� ��� �� ��� ��� ��� ��� ��� ���

����� ��� ���� ������ �� �� � ��� �� � �� ��� �� �� �������� ���� ���

����������� ���� ����� ��� �������� �� ��� �� ��� ����� � �� ��� ��� ��

��� �� ���� ��� �� ��� �� � ������ � ��� ���� �� !�� ��� ������ �

��� �� �" � ��� �� ���� ��� �� ������� �� ���� ��� ��� ��� ����� � ���

���� ��� #� $��% ���� �& � �� ��� ����� '�� ��� �� ���������� �� � �����

�� ������� ��� �� ��� ���� (���� ����� ������� ��� �)� �� *�� �+ ������ ��

����� ���� � ���� � ����� ���� �� � *$�� �+ �$�� ,�������� ��� �����

��� �� � ���� ����� �� ������� ���� ���� ���� � ���� �� ��� �� ���

������� � �������� �� �� � ��� �� ���� �� ��� ����� ����� ����� ��

��� ��� � ��� �� ����� ����� � ���� ���� ����� � �� ��� �������� ��� ��

�� �� ��-��� � �� ��� �� ����� �� ������ � ��������� ��� ��� � �����

�� � ��� ������ �� ��� ��� �� ��� ��. ��� ����� �� ��� ��� �� ���� ��

����� ������ �� �� ��� ��� � � �� ������ �� ���� ��� �� ��/� ��� �� ��

��� �� ��� �� � 0��������� � ��� �� �� �-� ��� �� ��� ��������

��� � �� � ��� �� ������ ������ �� ������ ���������� ��� � ��� ��

� �� � -��� (��� � ��������� �-� ��� �1���� �� ��� ���������� � ��� ����

�������� � ����� ��������� � ��� ������ �-�� � ������ 2���� ��� � ��

�� -����� ��� ���� ��� �� ��� ���� � ��� �� ������ �� ��� �������

�� ��� �����������

��� '�� ����� �� ���� ���� ������ �� � ���� �� ����� ��� � ����

��� ����� �� ��� ������ 3�� � ��� � ����������� ��� �� ��������

�� � �� ������ �� � ��� �)� ������� �� ��� ����������� 4"���

��� �5������ �� �&�6 � ��� ���� ��� ��� �� ���� )������ ������ ���

� �� ��� '�� ����� �6�� �� �� ��� ��� �5����� ���� �� ��� �� �� -��� ���

������ � ��� ���� � ���� ���� �� �� ��� ��� � � ���� ��� �� �� �� ����

Page 17: In-Situ Raman Spectroscopy

� ����������

�������� �� �� � � �� ��� �� ����� ������ �� �� ������ ����� �

������������� ������ ������� �� ������� �� ������� ����������� ��� ���

���� �� �� ������� ������ �������� �� ������� ��������� ��� ���� �������

���� �������� �������� ��� �� ����� �� ������ �� ��� �� �� ������ ��

�������� ���������

������� ��������� ���������� �� �� �� �� �� �� ��������� �� �����

��� � ��� � !" ��� ������������� ������ �#� $� %"� &��� ����� �� ������

����� �� ������ ����������� ��� � �� �������� �� � ������� ���� &� ����

������ ��� � ������� ��� �� ��������� ��� �� ������������� ������ �� ���

����� � ���� ��������� �� ������ ������������ ��� ����� ���� � ������

�� ����� �� � �'(� ''"� &� ������ ����������� ��� � �� ������� ���� �� �

������� �� �� �������� �� � ������� ���� ���� ������ ������� ���������

�� ����� ������ �')� '*� '�� ' � '!� '#� '$"�

����� ��������� ��� �� ������ ����� ��� � ���� �� ���� ������

��������� �� ������������� ������ �� ������ ����������� ��� � �� ��� � ���

�������� ��� �� ������ � �� � ������� ������ ���� �'%"� &� ���������

��� � ������� �� �� ������������� ������ ������� ���� �� � ������ ���

����� �� �� �������� �� � �������� ������ ����� �� �)("� ����� ���������

�� ����� ������ �� ������ ���� ��������� ������� ������� �)'� ))� )*� )�"�

&� ����� +� ������ �� ������� �������� �� ����� �� ������� �� ����

������� �� ���� ���� ,���-�������. �� ���������� ,��������-� �����.

�) "� / �� �� ��� ���� ������� ��������� �� �� ����� ��������� �� �� ����

������� �� ������ �� ������ � �� � ������� ��� ���� ���� ����� �)!"�

&� ���� ����� ��������� ����� � ������� ���� ������������ ���

��� ����� ��������� ,0123/. ������ �� ������ �� ���� �� ��������� ��

�� �� ������ �� ������� 4� � ���� ���� �� ������ � �� �� ������

��� ���� ������ �� ������� &� +� �� �� ���� ���� ��� �� � ������5�

�� ���� �� ������ ������ ����������� ���� �� ��� ���� ����� ��� �� �� ��� ���

� � ���� ��� �� ��� �� �� ���� � ������� &� ���6 ���� �� ����� ���

������ ���� ��� ������� �������� �� ��� ���� �� �� ������ ����� �� �

���� � ������� ���� 0123/ ������

7� �� �� ���� �� �������� �� �� ����� ����� ������ ���������

��� �� � ��8���5�� 7� �� ���� ���� ����� ������ �� �� ���� � ������

�� �� ������ ��� �� ������ ��� ����� ��� ��� ������ �� ��������

)

Page 18: In-Situ Raman Spectroscopy

�� � ����� ����� � � ���������� � �� �� �������� ����� � � ��������

����� � ��������� ����� �� ���� ��� ��� ��� �� � �������

�� �������� �� ��� ���� ������ � �� ��������� �� �� ������ � � �� ���

���� �������������� ��� ��� �� ������� � ������� ��

� ������� �� ����� ����� �� � � ���� ���� ����� � � �� � ��

���� !"#$% ����� �� �������� �� ������ �� �� ����� � � � ����

��� �� ����� � � �� ������

������� ���� ���� �� �������� �� �� ������ � ���� ����� ��

�� �� ���� ��������� ��� ���� �� ��� ������ ������ &���� �����

� �� �� ������ �� � � ������� �� ���� ����� � ���� �� �������� �� ��

���� �� ������ �� �� ��������� ���� ������� ��� �� � ����� ���� ��

�������� �� ����� � ������

�� ������������� �� �� � ���� ����� � �� � �� � �� ������ �� ���� �� ����

� ������� �� �� � ' � �� � ������� � � �� ������ �� '�� � ��

�������� �� ����� ���� �� ������� � � �� ����������� �� �� � ���� ����� �

�� �� � ����� ������ �� ���� �� ��������

� ������� � ����� �� �� �� ������� �� � ���� ��� �� ������

��� !��� ������ �������� �� ������� �� � ����� �� � ���� �� ����

���� � � ������� ������� �� �� ����� � ����� ��� �� �������

�������������� ����� � � ��� ��(� � ����� � ��� �� ������ ) ����

�� �� � ����� ������������ �� �� ��� �������� ����� �� ��� �� � ����

����� ��� �� �� �

*

Page 19: In-Situ Raman Spectroscopy
Page 20: In-Situ Raman Spectroscopy

2 Theory and ExperimentalMethods

�� ���� ����� �� ������ � ���� ��� ������� �� ��������� ��� �� �����

��� ������ � ����� ���� �� ������� �� �������� ����� ��� �� �����

������ ������� ���� �������� ����� �� �������� �� ����� �������

��������� �������� ��� ������ ���� ����� �� ���������

2.1 Thin Film Silicon

��� ������������� � ���� ��� ������� �� ������ ���� ����� ������ ����

���� ���� �������� !"#$%&' (������� ��)�'*& ��� ��������������� �

)�'*& �������� �� �������� �������������� � ��� �������� ��� �� ������

� �������� ������� ����� ���� �� �������� �� ���� �������

2.1.1 Hydrogenated Amorphous Silicon

(������� ������� �� � ������� � ���� ������������ ��������� )���� ����

���� �� �������� ������� ��� �� ��������� �� �� ������ � �� ����

������� �� ��������� +����� � �� ���� ��)�'* ����� ��� ����� �� #������

��� ,������ ��� �� ��� �� -�. % /-01� !������ ��������� +������ � � ��

23�2 % ��� �� ������� ���� ����� �������� ��)�'* ����� ���� /-41�

( ��������� ��������� ������� � ������� �� ������������� �� ���� ��

�� ������ �������� � ����� �� � �������� �� ��������� ��������� �

���������� ������� �� ��������� �� ��)�'* �� ����� ����� � � � ����������

������ �� ������� ���� �� ����� ����� ���� �� � ��������� � �� ��� �

������� ����������� �� �������� ������������ (� �������� �������� �

5

Page 21: In-Situ Raman Spectroscopy

� ������ � �� �������� ������

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

100

101

102

103

104

105

����

�������

ab

sorp

tion

coef

ficie

nt �

[cm

-1]

��� ������ E ����

������

������ �� �� ������� ��������� �� �������� ��� �������� ������� ������ ����

����� �� ���� �� ���� ��� �

��� �� ��� ��� ��!����� �� �������� �� ����" � ���� �������� ������ ���

� � ������ ������������ #��� ����� �� ������� � ��� ������� $�� �%����� ���

���� ���� ��� �� ������� ��������� �� ����" ���!� ������ ������� �� �& �' �

��� �������� ������ ���� ���� �� ��� ������� ������ (����) � ��� �� ������ ���

$�� *���� �� � ��# ���� �� ����� ��*������ �� �� ������� ���� ��� ��� �� ����

��� �������� ������� +� ���� ��� ������� ��� � �� ������ �� ���� ��� , 04 ��

��� $��� ��� ��- � $�� �� ��� ���� ����� ����� �� �������� ������ ���� ��

��� ���� ���� � ����� ������ �� �� �������� ���� ���� �������� ������ ����

� �������� � ��.����� �� ��� � � ������ �������� ���� ��� �� �!���� �� ���

������������� �� ��������� $�� � ������� �������� � /��#� � ������������

�������� �������

$�� ��.�� ���#���/ �� ����" � ��� � ������ ���������0��� /��,1��� #����

�� ����� ��� ��!�� ���� ����������� �� ��� ����� ��� ��� ���/ ��������!��� ��

����" ���� *�� ���� ������������ �� �

2

Page 22: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ���� �� ���� �

������ ��� ��� ���� ������ ������������ ��� �������������� �������� �� ���

����� �� ������ �� ����������� !��� � �������� ��������� ��� ����

�� ������ �� ������ �� ��"�� ��� #�$%

2.1.2 Hydrogenated Microcrystalline Silicon

��� ��� &��� ��'��� ����� ��������������� ������� �� Vep̌rek �� ��� �� ()*+ #,�%

�� ��� �����-����� �� � ��� ����� ���� �� ����.� �� ��� #,,% �/ ����� '�����

��� ��� ���� �� ��� �� ��� ���� ���� ��� �� �������� ��'������� �� ���

�� ��� ��� ����������� ���� ���� �� ����� 0��� ��� ������������� �� ���

�� '��1 ����� ��� �� ���� ��������� �� �� � ��'���� ����1 ���� � ������

��������������� ������� ��� '���� �1���� �� ����������-�� �� ��� �����������

!��� � �������� ����� ��������� ��� ����� �� ��� ����������� !��� � �� ��� � ���

'���� �������� �� � �� '��� ������ ��� ���� �������� ����� ��� �� '������� �� �

��������������� &� ���� ��2����� ����������� !��� � ���������� ��� &���� ���

�������� ����� � �� �������� �� !������ ����������-����� ������3��� ��"� 4����

��2�������5 ����� ������ �������� �������'� ��� 6� �� �'��������'� #�$%� ��

���� ���� �� ������ ��� ����������� ������� ���� � ���� ����������� !��� � �����

����� ���� ��� ����������� ������� ��� �� '������ ������ ������ ���� �����������

������������� �� ����� ���"��� ������ ��� ��'����!���� ���� ������� ��'�����

'�������� �������� ����!����� �������� ���� ���� �� � ���� ��� �������� �!�� ��

��� ���� �� ��� �� ���������� �� ��'����� ����� ����� ��� ������� ����������� ��

��������� ���������� �� ������ ���� �� 7��� � ��'���� ��-� �� ����� �$ �

��� ������ ����� �� ����������� ������ �� ������������ � ����� ���� ���� �� ���

���� �� #,/5 ��5 ,8%� �� �'�� � ������� ��� ����� ���� �������� ������� ���

9

Page 23: In-Situ Raman Spectroscopy

� ������ � �� �������� ������

400 600 800 10000.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

�������

spectral power density �

[norm.]

quan

tum

effi

cien

cy Q

E

wavelength � [nm]

�����

������ �� ��� ��� ����� �� �� � �� ��� ����� ���� � � �������� ����� �� ����

�� �� ��� ���������� ����� !� "#� �#��� � ���# � ��� ��$��� ��#

��� ��� �� �������� � �#� �%&�' ��� ���� ����� �����!� (#��� � ���#

� � ���� ����� �#� �%&�' �� ���� �� ��) �* ��� �������� � �#�

μ�%&�' ������ ���� ����!

������� ���# ������ � #� ��� �#������ $���� ��������� �(+,*-! ���� ����� ��

�#� �#��� ��� ����� ������� �����#��� �������� ���# � ��������� � $����� ����%

��� ������ ./ 0 �� 1/ 0 2�/3 14� "#� ������� �� ���������� �� �#� ��������

������� ��� �� �#� ���#� ���� �� ������ ��� ��� ���� ��� �������� 254�

-�� �� �#� ������6 ���������3 �#� ������� � � ���������� ���������� �� μ�%&�'

��� ������� �� �� ��� ���������� � � ����� ����� �� ������� ����� � ���# �#� � %

������� �� �� �� ����������3 ������� � � ���������� ���������� #�� ��� ������#��

� �#� ���� ��� ������� �� �#��# � ������� �� ��$� � 7����� �� 2)4�

"#� ��#��$�� ��6���� ����� ���� �� �/�� 0 ��� μ�%&�' �� ��� 8� ���� �����

����� 294 ��� � �#� ���� ����� �� �#��� �� �%&�' ��$����� -�� �� �#� �������

��������� ������� � ���$� �#� �� ���� �� μ�%&�'3 �� ��� � ������ ���3 #��#��

�������� ����� �#�� ����� ��� �������� ��� �������������� � ������ ����� ������ :�

�� ���� �� ��� � ������ ��� �#�� �#� ������� �� ���� �� μ�%&�' �� ���# �������

�#� �#�� �� �%&�'� "#�� ��� � �#�� �� ����� ���� �� �#� ��� ������ �� ;�%

)

Page 24: In-Situ Raman Spectroscopy

�����

�����

��

� ����

�� ��

���

��

��

��

����

EC EV EF

Vbi

QE

QE

%

2.1.3 Thin-Film Silicon Solar Cells

Page 25: In-Situ Raman Spectroscopy

� ������ � �� �������� ������

0

Voltage V [mV]

curr

ent d

ensi

ty J

[mA

/cm

2 ]

0

JM

JSC

VMVOC

������ �� ������ ��� ��� ������ ���� ��� �� � ����� ���� ����� �������� ���� ��� �

��� �Vm� ��� ������ ����� � �Jm� � �� ������� ����� ���� ���

������ �� �� ���� �� �� ���� ������� ������ ����� � �Jsc� ��� ��

����������� ��� ��� �Voc��

�� ��� � �� ����� ��!�" ��� �!�"� #� �������� ��� ��� ��� �� ������ ��

�� ���� ��� ����� ���� �� � �� �� ������ � ��� �� �� �� ������� �� ���� �� ������

��$� %� ��� ��� �� ����� ���� �� ��&��� � �� �� ���� ����'���� ����� �� ������ ��

�� �� �� ������ ������ #�� ����� ��� � �� �� ��� �� � �� �������� � ��� �� ���

�� ��� ������� (�� � �� ��� �� �� �� ��� �Vbi�) �� �� ����� �� �� �� ������ ��$)

�� ���� ��� *��� �� ���� ���� �� ����� �� ������ ����� ��� ������ � �� �������

�� ��� ��� ����� �� ���*���� ��� ��� �� ��� ��� +$,-�

#�� ���� ��� �� ����� �� ������ ��$ �� �� �����.�� � � ��������� ����

��� ��� ����� �#�/�) ����� �� ���� �� ��� �����) ��� ���� 0��� /���� �0�/�

�� ���� �� �� #�/ +$$) $-� #�� ������� �� �� #�/ �� � ��� ���� � � �� �

�������� � ����� � ��� (�� � �� ����� ������� �� ��������� ���� �� ��� ����

�� � �� *�� ������� � �� �1�� ����� ������ � ���� ��� ���� �� 2 ������ ��3

��� �� ���� ������� ��������� �� �� ����� � �� �� ���� �� �� ������� � ��� ��

� ��3 ��4�� ���� #�� ��� ��� ��� �� ���� �� � ��������� �� ����) �����

56

Page 26: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ���� �� ���� �

��� ����

���� ������������ ������

��

����

��� �������

��� �������

������ �� �� ��� �� ��� ������ �������� �������� ����� ���������� � �����

��� �������� ���� ��� ��� ���������� �� ��������� �� ��� ��� �������

��� �� ��� ��� ��� ����� �� ��� ��� ��������� �� ��� � ��� � �������

��� � ��� � � �� ������ ����������� �� ����� ����� ��������������

��� ���� ��� �������� �������� ��� ������� ���� ��� ��� ���

�� ���� �������� �� �� ����� �������� �!���� ������� � ��������� �� ��� ��������

����"����� # ������� �������� ����"���� ����� �� ���� ������������� ��� �����

�� �������� ������� �$���������

��� ����������� �� � ����� ���� �� ��������� � ��� ������� ������� %�&'

��������������� ����� ������������ (���� �� ������������ ���(� �� ������ ��)�

��� �*����� η �� ��+��� �� ��� ����� ���(��� ��� ��$���� ��(�� %Pm' ���� ��

�$������� ��� ��� ������������ ��(�� %Pill'

η =Pm

Pill

. %���'

��� ���� ������� ������� %Voc' ��������� ��� ������� �� (���� �� ������� �� �$

������� ��� ��� ����� ������� ������� ������ %Jsc' �� ��+��� �� ��� ������� ������

�� ,��� �������� ����� �(� ���������� ��� ���"�� �� Pm � ��� +�� ������ %FF '

FF =Pm

Voc · Isc =Vm · ImVoc · Isc %���'

(���� Vm ��� Jm ��� ������� ��� ������� ������ �� ��� ��$���� ��(�� ������

��

Page 27: In-Situ Raman Spectroscopy

������

��������������

��� ����� ������������

��������

�������������

�����������������

� �������

��� �� ��

����������������������������

����������������

2.2 Sample Preparation

2.2.1 The Five-Chamber Deposition System

Page 28: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������ ������ �

������ �� ��� � ��� �� ���� ������� ������ ��� ��������� � ��� ��������

������� �� � ��� ��� ������� �� �� ���� ���� �� �� � ���� ������ �������

���� ��� � ���� ������� !�"� ��� �� ������� �� ��� ��� ��� ��������� ��

������� ������ �� ����� ������ #���������� ��� ���������� �� ������� ������

�� ����� �� ������ �� �� ���� � ���� ������� !$% !&"� ��� �� ������� ���

��� ��� ��� ����� ������� �� �� �� ������ ������ !'"�

��� �� ��$ ���� � ��������� ����� �� ��� �1 �������� ��� ������� �����

��� ��� � (�� � ��������� ���������� )����� ��� �������� �� ��� ��� ������

����� � ��� (�� �� ����(�� ��� ��� ��������� �� ��� ������ �� � �������� ���

� ������� �� �� ��� �������� �� ��� ��������� � � ��� ��� � ������� �������

��� ������� *del+ ����� ��� � ������� �� ��� ��������� ��������� �� �, ���

��� ������ �� �������� �� ������� � ��������� (������ �� ��� ���������

���������� ��� � �� � �������� �� ��� �������� �� ���� �� ��� ��������� ����

��� �� ������� �� � ������� ����-� # �������(� ������ �� ��� �� �������(���

���� ��� � �������� �� ������ ��� �������� �� �� ��� ����� � ������� *TS+ �

������� ���� ���� �� �� ��� ��� � ��� ������ �� ��� � ������� ������� �� � ��

�� �������� �� �������� TS �������(��� .,"�

��� ����� ������ ��� ����� ����� ��� ��������� � �������� �������� �� �(���

����� ���������� �� ��� ������� ����� ��� ����� ������ ��� �� �� �

������� ��� �/ ����� ��� � ������ ����� �� ��� ����� 0�� � ��������

� ��� ��� �������� ��� ����������� ��� � �������� � ���� ������ ��������

�� � ������ �� � � ��� ����� ��� � ��� )��� ���������� ��� �� ���� ���

1× 10−7 ���� ��� �����(��� 1 ��� ��� ��������� �� � ����� ��� ����� �� �� � �

���� � ��� ���� �� � �� ����� ���� ����� �� ������ �� �����2�� �� ���������

��� ����� �� (�� � � �������(��(� � ��� ������� ������ �� �������� � ��� ��

��$� ��� ������ ��� ��������� � ������ 3���� 4���� 56 ����� �� 7�� 8����

��(���� ����� � �������� �� � ��2� �� 10 × 10 cm2� 9��(�� � �� ���� ���������

� �������� �� �/ ��������� ���� �� ������� � � ��� � #��� ���������� ��

. ���� ����� �� �� � ������ � ������ ����� � ������� �������� ��� � ����� ���

������� ���������� ������� ��� ������� � �� ��������������� ������ ��� :��

����� ����� ��������� � ��� .�3������ ��������� ������ ��� � �����2��� �����

��� ��� ��� ������� ��� ����� ����� �� 1× 1 cm2 ��� � ���(�� ���- ���- ���������

��

Page 29: In-Situ Raman Spectroscopy

� ������ � �� �������� ������

�������� Voc �� Jsc ���� �2 FF �� �������� ��� ����� �μ�

������ ��� �� � �

����� ��� �� �� �

����� � � ������������ �������� � ����������� ������� !�����"� #�� $������ ��! ���

������ � ��%���� �$ ����!��! 1× 1 cm2 �&��� ��� �� &������"��������

������� ����� ����� !�������! �� � � ��' �&��� �"���& �� (�� ����

������� )�� ������ ���% ��*������

2.2.2 Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition

������ ������ +���&� �� ����! � �&���� ����� !��������� ,+-'./0 �� �

����!��! ������� ���! �� !������ ������� � �� #�& &�������� 1�� ��� ��� �2 3�

� �� � ���� � ������ ��� ��&�������� ���������� "!����� ,H20 ��! ������ ,SiH40

�� !���&����! �� � �������������� ������� �� !������ �&��� ��� ��! &������"��

������� ������� � �� #�&� � � !���&�������� �$ ������ ���� � � ���)� ����������

�� �� ����! �" ����"��� �� ����������� ������� �$ � $��4����" �$ � �5 6�7 �� � �

��)���! �������!� /�� �� � � ��������� ����������� #��! � ����&� �� ��������!

���)��� � � �������� ������ � � %������ �����" �$ � � $��� ��������� �$ � � ����&�

�� ����� ����� �� !���&���� SiH4 8� � ������ ������� ��!����� ��%� SiH3� SiH2

��! SiH ��! ����7�! ������� ��%� SiH+, SiH+2 ��! SiH+

3 ��� ��������! � � &���

�&������� ������� ������� !����� ������ ����&� !��������� �$ ������� ��� ��&&��

��7�! �� 1��2 � � ��!����� � �� ���������� �� � � !��������� 9���� ��$����! �� ��

���)� ����������9 !�:��� ��)��!� � � #�& ���$��� � ��� � ��&���; ��������"

���)��� �!��������� !��������� ��! �����!��" ����� ��� ��������� ��%�� �����

� ��� ��� � ��� !�:����� �� ���� �$ � ��� � ���������� � � ���)� �$ �����

� � � "!����� ��� ��� &�!�� �� ����! �� � � $��� � �� � ��� �� ��������

��� ��� ��� ��! ��!��������� �$ ������� !����� � � ���)� �$ � ����� #�&

1�5� ��2 <�!�� � � ����&����� � �� ������ �� ���$���������" ��� �! 1�=2 ����

!�&������" &������"�������� &������� !������� ��!�� ������� ������� ���!��

�����

� � � �����! &�!�� � �������! �" 6����!� �� �� 1��2 � ������� � � $��&�����

�$ � &������"�������� � ��� �� � � "!����� �������� �$ � � #�& ���$���

> �� &��� �$ � � ���$��� ����� ��� �������! �" "!����� ���&� � � !�:�����

Page 30: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������ ������ �

������ �� ���� ��� ���� �� SiH3� �� ��� � ���� �� ����� ���� �������

��� �������� �� � ���������� ������

� ��� ���� ����� � ������� �� ������� �� ��� ���� ����� ��� ��� �������� ��

����������� �� � �������� ��������� ����� ���� ����� ����� � ��� �����������

�� ���� ����� �� �� ��� ��� ���� ������� ����� �������� �� ��� ������

����� ���� ��� ����� !��� ���� ���� ������ � ������������ �� �"��#$

���� μ�"��#$ ���� �� ������ %����� ���������� �������% � %$ ��������

���������%�

�� ����� ���� ������� ����� �� �������� ��� �� ��� ��� ���� ���� ���� ���"

���� &������� �� ��� ������ ��� �������� �� ��� �������������� ����� �� ��

����� ���� ����� �� � ������� �� ��� ���� ���� ��� ������ ���� ��������� � ��"

��������� ��� ��� ��� ���� ��� ��� ������ �� ���� �������� �� ��� �������

������

��

��

��

��������

����������

��

���� ������� �

������ �� �� �� ������� � VP� �������� ������� ne� �� ��� ������� ni �� ���

����� ��� ���� ����� ��� �� �� ��� ��� ��!��� ��� �� �� ��"

�� ��� ��������� �� ��� �� ����� ����

�#

Page 31: In-Situ Raman Spectroscopy

� ������ � �� �������� ������

���������� �������� ��� ����� ��� �������� �� � �� �� ����

� ������ ������� �� ������� �� �� ��������� ��������� �� �� ������ ���� �

��������� �� ������ ������ ������� � ����������� ����� � � ��� ��������

������ ������ �VP�� �� ������ �ne�����ni� ������� ����� �� ��������

����� �� ���� � ����� !�"� ��� ������ ������ �� #��� � �� �������

�������� �������� �� ����� ��������� � �� ������� �������� VP �� �������

����� #���� ���� �������� �� ����� ��� � �� ��$����� �� �� ����� �� ��

������� �� �� ������� �������� ����� �� ���������� �������� � � �����

���� �������� ����� ���� �� ��� ����� �������� ����� �� ������� ��� � ��

������� ������� ����� ���� � � ������� �� �� �������� �� �� �������

%�� � �� ����� ���� ��$����� �� ������� ��� ���� ���� ������ ��

�� ���� &��� �� ��� ��� ������� �� ���� � �� ���� �� ����� ��������

����������� ���������� ���� ������� �� ��� �� ��� ������� � �� ������

��� ��� � �� ������ ������� ����� �� ����� �� ������ ������ '��� � �

����� (��� � �� ������#�� ������ � ������� ��� �� ������� � �� ������

����� � �� �������� �������� �������� �� �������� %�� � �� ������� ��� �

�� ����� ����� � �� ��������� )���� �������� � �� ������ ����� �����) ���

��� ���������� ������ �� �������� �� ������� ��������� ��� ���� �dsh� ��

�� ����� �� � �� ����� �� � ��� ������ ����� ����� �λdb� *+,-

dsheath ∼= λdb =

√ε0kBTe

nee2�!�.�

����� Te �� �� ������ ���������� ne �� ������ ����� � �� ������� ��

ε0 �� ������� �����

�������� ��������� ����� ��� ������� �������� ��������� �� �����

��� �� ��������� �� �� ������ �� ��� �� �� ������� �� �� ������ ���

��� ��/�� ��������� �� � 0123% ������ ���4

� ��� �������� �������� p� 5 �������� �� ����� �� �������� �����

�� ������ ������� �� ���� �� ��� ���� ��� �� ������� ����� ��

��������� �� ��� �� ������ ����� �� �� ����� �� ��������� ����

��� ��������� ������ ������ ��������� ��� �������� p � ��������

���� �������� ��������

� ��� ������ ����������� �SC� ��������� �� ���� �� �� ����� ����(��

,+

Page 32: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������ ������ �

�� ��� ����� ��� �

SC =SiH4

SiH4 +H2

. �� ��

�� ��� � ������ ������� �� ��� ����� �� �������� ����� �� ����� ����

������� � �������� �� �� ���� ��� ����������� �� ���� ��� ������� ����

������ ��������� �� ������ ����������� �� �� �������� � ��� ��� ���� ��

��� ���������� ���������� !���� ��������

� "�� ����������� T �� ��� ������ ��� �� �� ����� ���������� ��� ���

���������� ����� �� ����������# ������� ������# ��� �������� �������� ��

��� ������ ������� "�� ����������� �TH� ���� �� ������� �������� ���

���������� �� ���� �� ��� �$������ ������ �� ��� ��% �� ��� ��� &��%�� ��

��� �� �� ���� ���� ��� ���� �������� !������� �� TH ��� ��'�� ���� ���

����������� �TS� �� ��� ����� ��!������ ()*+ �� ��� ������� ������ � ������

�� �������� ������� ��� ��!�������� ����������� Tfilm �� ��� ������ ���

����� ,���� ������������ �� �������

� "�� ����� � ����� ����� P �������� ��� ���������� ���� �Rd� ��

���������� SiH4 ��������� �� ���������� SiH4 ��������� ��� ����������� ����

��� �������� �� ���������� !� P -���� ��� ������� ����������� ������

�������� ��� ����� ���� ����������� ��� !� �������� �� � ���� Rd !� ������

��������� ���������� P ��� SC "�� �������� �� Rd �� ������� ����� ���

�������� ���������� ��� %��� �� ������� ��� ����� ����� ����� (./+

�������� ������� ������� "�� ���������� �� � ���� ����� ��� ������

����� !� ��� ���������� ���������� ������!�� �!��� �� "�!�� � � ��� ����������

���������� ������� �� ��� )� ���!�� ������ ��� ��� ���������� �� �������� �

��0- ������� ��� ��������� ������ ��� �������1��

����� p ������ SC ��� TH �◦�� � �����2�

���0-�� . * �2 �)* * 3)

���0-�� 3* * /� �** * )

"�!�� � �0 &��������� ��������# ������ �������������# ������ �����������# ��� ���

��� ���� ������� ���� �� ������� �������� ���0- ������� ��� ���

������� ������ �� �� �$�������� ���4����� �� 3. )/ 5-1 �� ��� )�����!��

������

32

Page 33: In-Situ Raman Spectroscopy

� ������ � �� �������� ������

400 450 500 5500.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

����

�������

inte

nsity

I [a

.u.]

�� ���� �����

�����

������ �� �� ��� ����� ����� � ���� ������������ �� ��� �� ��� �����������

����� ��

2.3 Characterization

����� �� � ����� ������ �� �� ������ ������ � ������ �� �� ��� ��� ��������

���� � � � ��� ���� ������������������ ��� !� ��������� �� ���� ����� � �� �����

� ����������"��� � � ���� ����� � #��� ��� � ��� ������

2.3.1 Raman Spectroscopy

����� �������� � ��� � $�� ����� �%��� ��� !��� ���� &���� �� ���

#��� ���� � ��� ���� ������� '�()� �� ������!�� ��� ��������� ���������� � �����

!� � ������� ��� � ����� ����� ������ �� �� �� ���*������ ���� � �������

����������� ������ ��� &�!���� ��� �� ������� � � ����� $�� ��� �� � �����

���������� �� ��������� �� ��� ���������� '+�� +,� +-)� .����� ��� ����� ����������

�� ���� � �� � � �� ������ �/����� 0�� ��� �� ����1 � ����������� 0������� ���

�� ����1� �� ������ �� ��� #��� ���� ����� ������ � ������������ �� ��� ���

��� ���� ����������� ����� � ��� � ������� $�� ����� ����� � ���� �� � � ����

23

Page 34: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ����������� �

�������� �� ������ �� 520 cm−1� ��� ��������� �� ��� �������� �� ��� Γ′25

����� �� ����� ������� ����� ��� ��������� ����� ��� ������� � ��� �����

���� ����� �� ���� ������� ������ �� ∼ 3.5 cm−1�

�� ���� ������ �� �� � �� ���� � ���! ��"����� # ��$��� %�& �� �

'� ��� ���� ��� ���� ����� $������� '� ��������� �������� �� ������ ��

480 cm−1 �� ������ �� � ���� �� �'��� 70 cm−1� �� '������� ���!

�� ������� �� ��� ��������� �� ��� ������� ������� ����� � � ���������

����������� �� ������������� ���� ������� � '� �����'�� �� �

��'����� �� ��������� �� ��������� ����'������ (�� �� ������ �� )�

��� $��� ��*� � �� � ��� ���! ���������$ ��� ������ ����'���� �� ����

������ �� ������� ���� ��� Γ′25 ������ � ��������� ����� +%,-�

400 440 480 520 560

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

inte

nsity

I [a

.u.]

Raman shift [cm-1]

difference (I520)

amorphous reference (I480)

microcrystalline silicon

��$��� %�,. ����� ���� ������� �� � �� � )�� ���� � ��������� /�����

������ �� 0&%� 1 ��������� ������� ������� �� ��'������

���� ��� ���������� �� �/������ IRSC �

���������� � �� � ��������� ������ � ������ ���� ���������� ��

������ ���� �� �'��� � ������� �� ��� ��������� /����� ������ �� �� �

)��� +%,2 %%2 %02 %3-� 1 ��������� ������� �������2 �� ��� ���$����� ����

,&

Page 35: In-Situ Raman Spectroscopy

� ������ � �� �������� ������

���� I480� �� �������� ��� ��� ������� ���������� �� ����� ��� �����������

�I520� � ��� ��������� ������� �� ���� �� ������ ���� ��� ��������� � ���

�������� �� ����� ������� �� ����� �� �������� ��� ��������� � ��� ��������

������� �� ��� !������� ������ ��� 400 cm−1 �� 440 cm−1� "�� #��

��������� !����� ����� �IRSC � �� �!����� ��� ��� ���� � ��� ���������

��� � I520 �� ��� ���� ��������� � ��� ����� $%&'

IRSC =

I520I520 + I480

. ���&�

(� �� ���� ��� � $��' ��� IRSC �� �� ���� �������� ��� ��� ��������� !��)

��� ����� ���������� ��� *)�� �������� �*#+� �� ����������� �������

�������� �",-� ������������ "�� ���� ��������� !����� ����� ��� ��

���� � � �.��!���� � ��� ��������� !����� ����� ������� �� #�� ���)

������� �� ��� ���� ����

���������� ��� "�� !����� � ��� ���� ������ �� #�� ����������

�� ���������� �� /�����)0���� � � ,.����� ��% �������� ��� ������ � ���

������ ��������� �I0) � ��� ����� ��� �� ��������� �� ��� ���

I(d) = I0 · e−d·α(λ). ���%�

"�� ��������� ��1���� �α� ������� �� ��� !������� �λ� � ��� ����� ���)

��� �� ������ ���� "��� ���� �� �2������� �� ����� ��������� ����������� �

IRSC ����� �������� �2������ !�������� $%%'�

"�� �� ������� ����� dinf � #�� �������� �2�������� ������������ ��

����� !������� �� ������ � ��� ���3���� � ���� �� ��� ���� ��� 2e

� ��� #�� ��� ��� ����� �� ��������� "�� ������� ����� �� ������� �� ���

� �3 �� ��� ��� ��� �� �������� ������ ��������� ��1����� �� ���

�������� ������� �� ��� #�� ��� ��� ����� dinf �� ����2����� � ��&4α(λ)�

������ ���� ��� � dinf � )5�67 �� ������ ��������� �8& 9� μ)5�67 � ��)

���� � ��� !������� ���� �� ��� ��������� ��1����� ��� � �� ������ ����

�������� ��������� ��1����� � 4 · 10−4 cm−1 �� 9 · 10−4 cm−1 �� μ)5�67

�� )5�67 � λ � &:� �� �������!��� dinf �� ����2����� � ��& �� ��

&% �� �� ����� �������� ;��� ����� �������� !�������� �� #�� ��)

������ �2��������� ��� ������ ��������� � ��� #�� �������� ���� ������

��� �� �� �� ���������� ������� �� 0����<� �� ��� �� =�������� �� ��� ���

��

Page 36: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ����������� �

450 500 550 600 65010

100

1000

�������

info

rmat

ion

dept

h d in

f [nm

]

���� ��� � � ��

�����

������ �� �� �������� ����� �� ��������� ��� ������ ����������� ��� �� ���

�������������� ������� �� � ������� � ��� �� ������� � ��� ���!�

������

����� �������� �� !��� ������� ���"��������� ��� ������ �������� �� ����� �� ��

������ ������� ��� #$% �� �� �&� �� ����� ���������� ��� ���� ��� �� ��������

������� ������ ���� ������ '(�) ($*�

����������� ��������� ��� ����� ����������� ������ ���

����� � ������� +���� �������� � ����������� ������� �!������ �� ��� ��������

����� ��� −600 cm−1 �� 600 cm−1 �� ���� ������������ ,�� -��.�� ��� �����

-��.�� ���.� ��� �������� �� ��% ��−1 ��� ���% ��−1� -���� ������� ��� !�����

����� ������������ ���������� ������ ��� /����0��������1�����!����� '(2*� 3����

��� ����� RT � ��� -��.�� �� �����-��.�� ���������� ��������� �� ������������ ��

��� ������� ����������� �Tl�

RS

RaS

∝ n(ω0) + 1

n(ω0)�����

����� n(ω0) �� ��� ������ ���������� ���!�!����� ��� ������ ��4����� ω0� ,��

�������� � ��������������� ������� �� ��� ����� �� �������) ��� ��� -��.�� ���

Page 37: In-Situ Raman Spectroscopy

� ������ � �� �������� ������

-560 -520 -480 440 480 520 5600

200

400

600

800

1000

1200

in

tens

ity I

[a.u

.]

Raman shift [cm-1]

������ ��� �� ��� ��� ������� ��� ���������� � ����������� ����� � �� � �

������������

������� ��� �� � � ����������� ωL� ωS ��� ωAS� ��� ��� �� ��� ��� ������� ���

���������������� �� �� ����� �� σ(ωL, ωS) ��� σ′(ωL, ωAS) ��� ���������� RT �

� �� ��� ! �� ��� "�#$ ��� ����������� ��������� ���� � � ������ ����� � �

�� ����� �������� ��� ����� ���������� �� ��%�� &�

RT =(αL + αAS)ω

3sσ(ωL, ωS)

(αL + αS)ω3ASσ

′(ωL, ωAS)exp(�ω0/kT ) '��()

���� αL� αAS ��� αS ��� ��� �&� ���� � � �*������ �� ��� �������� � � ������

������� ��� ��� �� ��� ������� �� � � � �����+� ����� �%������� ,����� � ��( ��

�� ������ ��

RT = C · exp(�ω0/kBT ) '��-)

��� ��� � ������ CRam� .��� � ������ ��� ������� � ��� ������� �������� ���

��� �/���������� ������ ��� ��� &� ���������� �� ��� ����������� � � �������

+�� �� �� � '��� ����� � #�)� � � � �� � CRam ��� ������� ����������� ���

&� �������� �/������� �� � ������������ � ��� �� ��� ��� ������� ��� ����������

������������

���������� �� � .�� �/���������� ����� ���� � � ����� ������ �� ��

��

Page 38: In-Situ Raman Spectroscopy

���

�����

���� �����

� ���������

����

2.3.2 Optical Emission Spectroscopy

Page 39: In-Situ Raman Spectroscopy

� ������ � �� �������� ������

400 500 600 700 8000

20

40

60

80

SiH

Hrotational

inte

nsity

I [a

.u.]

wavelength � [nm]

HFulcher

������ ��� � ������ �� � ������� ���� � ���� ��� ��� ���������� �� ���������

������ �������� �������������� ��� �� �������� ����� ��� ��������

����� ��� ����������

2.3.3 Solar Cell Characterization

��� ��� � ������� ���� ����� �� � ����� ���� ��� �� ��������� ��� �������

���� �� ��� �� ���������������� ����� ���� �������� ����� ������ ���� ���

������ �� ����� �������� ���������� ����� � ������� !���� �� �� "# �$ ����

������ ��� � �������%�� �� �������� �� �$◦� � ������ ��$ ���&� � ������� �� �

��������������� �� � ����� ����� ��� ���� ���'� ��� ��� �� ������ ��&�� Pm ��

��� ����� ���� �� ����� ���� �� ��������� �� ��� !����� (���� ��� ���� ����� ��

��� ������������� ��������� ��� ��� ���) ������� �� �� ����� ����� ��� ��� �����

������� *Iph+ ��������� ����� ���� ������� ��� ����� �,������ �� � ����� ���� ��

������� ���� �� -./0

I(V ) = I0(eqVkBT − 1)− Iph *��/+

&���� I0 �� ��� ���) ���������� �������1 T ��� �� ��������1 , ��� ��� ������

������ ��� kB 2���% ���3� �������� �������

Page 40: In-Situ Raman Spectroscopy

3 Experimental Realization of anIn-Situ Raman Setup Inside aPECVD Chamber

��� ��������� � � ��� ��� ��� ���� ��� ��������� ������ ����

����� � ��� ������� �� ����� ��������� � ��� ������ ��� ��������

���� �� � ��� ��� ��� �!�������� �������� ��� ����� ������� ��

��� ��� ���� � ��� �� �� �� ��� ��� ����� � ��� ���� � ��"��� ��� �

������� #� �!��������� � ��� ��� ������ ������ ����� �������� "���

������ ����� � ��"��� ��� � ���������

3.1 Experimental Requirements and Restrictions

�� ��� ��� ����� ��� ������ ��� ��"�� � �$�%& � ���� ������� ����

��� �� ������ ����� �� � ��� ���� '()*� +��� ���������� ��� ����

��� ������ ���� ����� � ��� ������� �������� �� �� ��� �,� ����

������� "��� ����� � ��� ��� ��� ����� ��� ���"��� ����� �� ������

���� ����� � ��� �� ������� ����� ��� �� ��� ����� � �� &���� �!��� ���

�������� � ��� ��� ���� � ��� �� ���� �� � ����� ��� ��� ���

����� ���� $����� ��� � � �� �-�� � ��� � ����� � ��� � ������

��� � ��� ���� ��"��� ��� � ����� � ��� � �� ����� � �� �� ��� ��������

�!�������� ������ ���������� ����� �� ��� ������ � � �� ������.��

���� ��� ��� ���������� � � ����� � ��� �������� � ��"��� ����

# ���������� ���� ��� �� � ��� ����� � ��� ����� ������� �� ���

��/����� � ��� � �� ������� � ��� ������ � ��� � ���� ������ �� ��

01���� '2(*�

34

Page 41: In-Situ Raman Spectroscopy

� ���������� �������� �� � ����� ��� ���� ����� � ����� �������

��� ���� ������ �� �� �� ��� ����� ���� ����� � �������� ����� �����

���� ����

� �������� ������ �� ������ ��� � ��������� ���� �� ���������� ��

������ � !�"# $%& ��� ������� ��������� ���� � μ� '��% (�� � " )*�

��� ��������� ���� ��� +� �������� �� !�"# $%& +�� ��� �������� ����

����� ��� ,���� �� ����������� �� ���� ���� ��� ���-�� ���� . )* �� ���

���������� �������� /012� %���� �� �� �� ��� ���������� � �������� ���

������ �� ��� ����� � . � �3����� ���� �� -����� ���� � " )* � �����

���� � ������� ����,�� � . �� ���� -��� �����- ��� ����������

�����4��� ����� ���������� � ��� �� �+���� ���������� �+��� ��� +��,

� � ������ %���� � ������ �������� ��������� ���� ��� ����� �� ����������

���������� ���� ���� ��� ������+����� � ��� ������� � ��� ����� ���� �

�������� �����- ��� ���������� �����4�� �� ��� �4����� �-��� ���� +� 4���

�����

� �� ���������� ������� 5� �� ���� +� 67���� ���� � �������

�-��� �� ���� ����� � " � �3����� �� �4������ ��� ���������� 4�����

������� /0 2� %� ��� ������ ��� ����� �3������ � ���������������

������ ���� �����+� ��� ����� +������ ����������� ��� ����� �����

������ �� ���������� �� +� � ��� � 10−11� 8��� ��������- �����

���������� �����- ����� ��� ��-�� ������� +� ��� ����� ���� +� ����

� ��� �������� ������� ��-����� ���� ��� ������ �� ���� ����-������

���� �������� +� ��� ��-� �������� ��������� ��� ���-� +��,-����� �-���

������ � �������-� �� �+���� ��� ������� �-��� �� ���� ������

� ����������� ��� ���� �������-� ��-�����- ��� ����+����� � �� �� ���

����� ���� � ���� �� � ����� ��4�������� ��� ��� ��������� ���� �

������ ���� � �-�� �� ��� ����� &��� ��� ������� ��� � ��� �� �������

������� 9��,� SiH39 -�������� �� ��� ������ '��� � ��� ������� �������

��� ���-� ����-� �� ���+�� ���� �� ���4� ��� ������� ��-��� � ��� ������

%���� ���� ������� ������+��� �� ��� ������ -����� � ����� +�� ��� �� ���

������- � ������� ��������� ����� ���� �� � ��������� � ��� ���������

�������� �����- ����������

� ������� �� ����� 8��� ��������- �� ��� ���������� �� �

��������� ���� ��� �+������ ����� ��� 4���� �� ��� ����� ����4� ���� � �

1#

Page 42: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ��������� � ��� ����� ���� ���������� ����� �����

����� ����� ��� �� �� �� �� ���� ���� � �� � � ����������� ��� ������

� � � ������ ��� �� � � ���������� ����� ������� � ��� �����������

����� � ������� ���������� �� � � ���������� ����������� � � �����

����� ������� ����� � ������ ���� ��� �������� �� ����� � ����������� �

� � �������� ����� � ��� ���� ���� �� � ��������� ������ �� � ����������

��� ����� ��� ������! ���������� ����� �������� ����� "#$%� �������� ���

��������� �������� ��� � ���� ��� ���������� � �� �������� � ������

���� ��� ����������� � � � ������ ������� � � �&���� �� � � ������

����� � � � ��� ����������� �� �� �� ���������

� ������� ������ � � ����� �������� ���� �� ������ � � '��� �������

�� ���� �� � ����������� ������� �� � � ��� ������������ (��� � �

����������� �� � ������ ��� �� ��� �� ��� � ����� ������ � ��� �������

�� ���������� ���������� � � ����� ������ ����������� ������� �� �� ��

�������� � � ������ '��� ������

3.2 Integration of a Raman Setup into a

Parallel-Plate PECVD Reactor

) � �� ������ � � ��������� �� � ������ '��� ����� ��� � "#$%� �������

�� � � ������� ��� ���� �� ����� � � ��� � ��� � � ��������� � ����� ���

���������� *�� ��� �� �������� � � ��������� '��� ������� �� �� ������

� � ����� ��������� ���� � � "#$%� ������ ��� ����������

3.2.1 Optical Path of the In-situ Setup

� � �������� �� '��� ������������ �������� � � ���������� �� � � ��������

������ �� � ����� �� � � ��������� �� � � ��������� ��� �� � �� �� �� ��������

� ��� ������������ +� ����������� � ����� ,�-. �� �� �������� �� ���������

� � ������ ���� � ����� ���� �� ������� � � ��������� ��� � ������������ ��

� � �������� � � �������� �� � �� ���������� /� �� �� �������� �� �� ���

������������� �����/ �� � �� ���� ������ �� � � ����������� ��������� ��� � �� ����

�� � � ������� ���������

) ��� �� ���������� � � ���������� �� � � ������ ����� ����� �� � �

,0

Page 43: In-Situ Raman Spectroscopy

��������

�� �

����� ��

��

���� ������� ����

������

� �� ���

���������

�������

��������

��������� ���������������

� ����

���

���������� ��

��

�����������

��

del

Page 44: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ��������� � ��� ����� ���� ���������� ����� �����

����� ���� ��� � �� ��� ��� ���� �μ � �������� ���������

������ ����� � < � �

����� ��� ����� ������ ������ ���� �������� ��� ��������� �� ��� ����� �������

��� ��� �� ���� �������������

���� ����!�� ���� �� ��� !����!���� �� ��� �!������� ��"��� ���� !��#"������� $

���!� �� ����� �� %�"��� ��$ ��� !����� ��� ��� �� ���� &���� �'�������� ���

�� ��(���� ��������

)� ��� ��� ���� ���� ����� !�� �� �������� ���� !����!�� ��� ��!� ����

��� �� ���� &���� ����� ���� �� ����"����� �� �� �'�����" *+�,- !������ ��

.�!�� ����!� ����������� �� ��� �(������� ���!�� )� ��� ����� ���� ���� ��� ����

�����"� �� ������ �� ��� ���!����� �����!� ��� ������������ ��� !����!����� ��!�

��� !������!��(� �/��� ��� ��� ���������!� �� ��� ������ �� �������� ��� ����

��!0�!�������" !��#"������� ����� ��1���� ���� �������(� ����#!������ �� ���

*+�,- ���!��� �� ���!� ���� ���� ��� ����!�� ���� �����"� ����� �� �����!�

����� !�����'�

��� ������!0 �� ��� ����!��� !��#"������� �� ���� ���� �� ��� ������!����

�!������� ��"�� �� !����!���� ��� ��������� �� ���� ��"�� �� ����!�� ��� ����"� ��

������ &���� ������������ �� ��!�����" ��� ���!� #����� ���� ��� ����!�� �����

��� ����� ����� �� %�"��� �� �� ���� ���� .�'���� ���� ��"���� �� ��� ���!

����� ������!�� ��� ���� ������ ��� �� �� ��2����� (����!���� ����� � !���"� ��

del �� 0��� ��� ��!�� �� ��� ����� ���� �� ��� ����������

3 4�5 �� 6����� 738 ����� ����� ����� ���� � (��� ������ ���� ����� �� ����

���� � � �� ���� ��� ��� &���� �'���������� ��� ���!�#!������ �� ��� �����

��� ���������� �� ����� ��� 3 ����� ���� � ������� ��(����"�� ����� ��(� ���

��(����"� �� � ������� ����������� ������ 9������������ ������ ���� ��� ��1�����

���������� ��0� ������ ����� ��� ���� ����� !���� ��� �� ���� �(������� �� ����

3.2.2 Optimizing the Optical Components

�� ������� &���� ������������ �����" *+�,- ��� ����!�� !��������� ��(�

�� �� ���������� -�� �� � ������� �������� ���������� �� ��� ���"� �� ���� ���

��!���� ��� �'��!��� &���� ��"��� �� ������ ���� ��!� ��� ��� ������� !����

5:

Page 45: In-Situ Raman Spectroscopy

� ���������� �������� �� � ����� ��� ���� ����� � ����� �������

����� ���� ��� ��� ������ �� ���� ��� � ������ ������ � �� ��� ����

���� ����������� �� �������� �� �� ��� ��� ��� ����� � ��� ��� � �� ����

��� �������� �� ��� ��� ! � ��� ��� � �� ������"��� �� ���� �� #����

��� ���� �� ����"�� �� � ���� ��� ��� ���� �� �� ������ ���� ��� $������

��� ������� � ��� ���� ���� �%��� ��� ��� �� ���� � �� ���&������ ��� �

��� ����� � ��� ���� ��� ��� ����� �������� ��������� ��� �� ��� ��

�� ��� $���� ������ ��� ��� �� ������� �� �������� �� �� �� ��� ������

"�� �� ��������

!�� � ��� ��� ��� � ��� ������ ����� �������� ��� ����� � �������

����� ������� ���� ������� ��� �� � �� �������� ' ������ �� ���������

� ��� ����� ������ ����� ��� ��� � ��� ���� ���� �� ���� ���� � �����

������� (���� � ������ ���� �� �� ����� ���� ��� ������� �����������

������ ������� �� ��� ��������

�� ���� �� #���� ��� ��� �� �� ������ �� #���� ��) ��� ���� ����� ��

���� ��� ���� � �� �� ������ !�� � ���� ����� ��� ��� �� � ����� � �����

���� � ��� � ��� � ������ ������� �� ������� ���� � ��������� ����� ������

� ��� ���� �� ��� ��� ������ ������ '��� ����� � � ��� ��� � ��� ���� � �

��� ���� ����� � �������� ��������� ���� � ����������� �����"���� �

��� ��� �� ��������

3.2.3 Reducing the Plasma Contribution

���� �� ��� ����� � � ����� � ��� ��� �* ��� ������ ��� ����� ��

� ���� �� ����� ������� #���� ��+ ���� ��� ������ ������� �� ��� ��� �

��� ���� ������� � $���� ��� �� �� ���� ,�+ �� ���� �������� -� ���

� ��� ���� ��� ������� $���� ����� ����� ��� �������� � � ������� μ �

��./ ������� ����� -� ������� � � ������� �� ����� ��� ��� ����� ��

������������� �� ��� ��� ���� ��� � ����� ������ ����� ���� ��� �� ������ ���

��� �� ������� $���� ���������� ��� $���� ������ ��� � �� ���� ����� �

�� �������� �� ��� ������ ���������

0� ��� ������ ���� �� #���� ��� ��� ���� ������� �� �� ��� � � �

��� ������ �� ����� ��� ���� ' ������ ��� ����� ��� � ��� ������ �� ��

���� ��� ������ ������� ��� � �� ������ ����� ��� $���� ��� ��� �� ��

���� ��� ��� �� � ���� ���� �� ��� ������� ������� ���� ��������� ��

�1

Page 46: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ��������� � ��� ����� ���� ���������� ����� �����

����� ��� �������� �� �� � ���� �� � ���� ����

0

100

200

300

400

516 518 520 544 546 548

Raman

inte

nsity

I [c

ount

s/s]

wavelength � [nm]

Plasma

-600 -550 -500 -450 450 500 550 6000

20

40

60

80

Raman shift [cm-1]

inte

nsity

I [c

ount

s/s]

������ �� ��� ��� �� � �������� ��� �� �� ��� ������� ������ ���� � ���������

��� ��� ����� ���� �������� ���� �� ��� ��� ����� ��� ������� ��

� ���������� �� �� �� ���� ����� ��� ��� �� ������������ �� ����

����������

3.2.4 Maximizing the Signal-to-Noise Ratio

��������� ����� ��� ����� �!������� �� �������� ��� �������� �������

������ ��� ���� ���� "���� ���� �� �� ����� ��� ������� �� �������� �����

����� ���� �� ����� ��� ���������� �� ���� �� ��� ��� �� ���������� #���� ����

�� �� ����� ���� �� � ������� ��� ���������� � ��� �����$����� �� ������ ����

%�� &'�() ��� �� �� ����� � ��� �� �� ����� ��� %�� �� ���� ���� ������� ���

��� � � *� ��� ��� � � ���� ������ ��� �� �� ����� �� ��� ��� � � ����������

���� ��� ��������� ��� ����� �� ����� ����� �� ��� �� ��� ��� � �������� ����

���������� �� �������� ��� ������ �� ������ ���� ����� �� ��� %��� +�� �,���

� ������ �� ������ �� #������ ���� +�� ��� ��� �� ��� �� �� ��������� � �����$��

���� � ������� ������� ��� �� �� ��� ��� ����������� �� ������ +� ���������

���� ����� ���� ����� ��� ����������� ���� ��� ����� � ����������� ��� �� ��

�-

Page 47: In-Situ Raman Spectroscopy

� ���������� �������� �� � ����� ��� ���� ����� � ����� �������

CCD integration

plasmabackgroundRaman+plasma

on

off

off

on

closed

laser pulses

time t

spectrometer slit

open

tcool

������ ��� ���� ������ �� ��� ������� ���� ������� �� ��� ������������� ���

����� ����� ��� ��� ��� ����������� ���� ������ � ������������ �

������ ���������� �������� ���� ��� ���� � ������ ���� �� ���

!���� �������� �� �������� ������ ��� ����� ���� �� ����� ������"

������� ������ ������������ �� ��� ������ �� �� ���������� ���� �����

��� ������ ��� ������������ ������ � ����� ������ �� �� �� �����

���� ������� ������ �� � ���� tcool�

������ ��� � �������#�� ���� � ������ ������� �� ����� �� ��� ������������� $���

���� ���%�������� �� ������ ���������� ��������� �� �������� ������ ��� ����

�� ����� ��� ������ �� ��� ����������� � ��� ������ ��� �� ��� ������ �������

������ ����������� ����� �� ��� ��� ������ ��� ������������ �� ��� ����"���"�����

�� ������� ������� ���� �������� �� ������������ �� ������ �������

&��� �� ��� �������� ��� ������ ���� � ���'���� �� �� �� ����� ()) *#�

+���� �,�� ������� ��� - ����� ����� ���'������� �� �� -)) *# ��� ��������� ��

����� �� ��� ������ �� ��.����� � ��������� �� �������� �� ��� ������� ������ &

������������� �������� ��� ���'���� �� ��� ������� ��� ����� ��� ������� ����

/tcool0 ������� ��� ������ ��� ����� �� ���������� ������������ � �� �����

������ �� ���� � ����������� �� ����� �� ������ ����

�1

Page 48: In-Situ Raman Spectroscopy

��������������

���������

����������� ����� �

�������

������

�������� ��

3.3 Integration of a Raman Setup into a

Showerhead Electrode

Page 49: In-Situ Raman Spectroscopy

� ���������� �������� �� � ����� ��� ���� ����� � ����� �������

��� ������ ��� ����� ������� � ��� ����� � ��� ����� � ����� � �� ��

�� ��� ��� ��� ������� ��� ������ � �� ������� � ��� ��� ����� ����

� �� � ��� ��� ������ ��� ��� ������� � � � � ��������

3.4 Electrical Shielding of the Feed Through

� ���� ��� ��� ��������� �� � �� ������� ������ �� ���� � ����� �� ��� � ���

���� ����� ������ �� �� � ������� � ����� ���� ��� � � ������ � ��� ����

����� �� ��� ���� � ��� ����� � ��� ���� ��� ��� � ����� �� ��� �� � �����

��� �� � � ��� �� � ������� !�������� ������ � ������ ��� � ��� � ��� ����

��� ��� ��� ��"�� ��� #$%&�

3.4.1 Plasmas Inside a Cavity

���� �� ����� ��� � ������� 'dop( �� "� � ������ �)� � ��������� ��

� *!+,- ������ �� ��� ����� � ������� � ����� �� � ������� � ���

������ ��� ����� ��� ��� ���� ����� .������� ������� ��� � ��� �� ��

���� ���� ��� � �"��� ��� �� ������� ������ ��� � � � �� �� �� � �� � �

������� ������ �� ��� � ��� ��������� ��� ������ /������� ��� ������� �

��� ���� � � ��� � ������� ���� � ��� /�� ������ ����� � ���� ������

���� � �0����� ��� �� ������ � � ������ � ��� ����� ������ λdb1

�� ���� ��� � .��� � 2�2�2 ��� ���� � ��� ������ ������ � � ��� ����

� � ��� λdb� 3���� 4�5 �� �� � ������ ���� � ��"�� ��� � ������� dop� ��

� ����������� ��� ��"�� � ����� ��� ��� ������ ���6 � � ���6���� dpl ��� ���

������ ������� � � ���6���� dsh� �� ��� ������� � ��� ��"�� � ������� ����

���� dsh � � � � � ����� � � � ������ � ���� ���� ��� ������ ������� � ���

����� "�� �� ���� �������� /�� �� ���������� ���������� ��������� λdb

��� ��� ������ � ����������� Te ��� ��� ������ � ������ ne� �� ��������� #$$& ���

������ � ����������� � � ����� ���� ��� ������� ��� ��������� �� "� 2 ����

� � ��� � �� � ����� ��7 �,� 8 ��"��� ��� "���� � ��������� � � "��� ���

���9����� ����� � ��� %� :8)� .��� Te � ������� � �������� ��� �������

�� ���9����� #$7� $;& ��7 �, � � ������� �� � � ��� ��� � � Te � � �4�5% :8)

*������ ��������� �� ��� ��"� �������� ���� � � ne �� �4�5% :8) #7�&� /���

4<

Page 50: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������

����������

�� ���������

���

dsh dpl

0.7 × 108 cm−3

dinh

μ

dinh ∼ 0.8 mm

3.4.2 Solar Cells in Different Growth Regimes

Page 51: In-Situ Raman Spectroscopy

� ���������� �������� �� � ����� ��� ���� ����� � ����� �������

0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10

450

480

510

540

570

600

18 Torr6 Torr

open

circ

uit v

olta

ge V

oc [m

V]

silane concentration SC [%]

8

10

12

14

16

18

20

shor

t circ

uit c

urre

nt d

ensi

ty I sc

[mA

/cm

2 ]

0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60420

440

460

480

500

520

open

circ

uit v

olta

ge V

oc [m

V]

silane concentration SC [%]

17.0

17.5

18.0

18.5

shor

t circ

uit c

urre

nt d

ensi

ty I sc

[mA

/cm

2 ]

������ �� �� ���������� ������� ������� ��� ����������� � ����� � � � ��� �����

��� ����� �� ��������� � � �� ��� �� � �� ���� ���� �� ������

� ��������� ���

���������� ����� ���� ������� �� ��� ������������

���� [W/cm2] ���

��� ��� � ���

�� �� �� � ��!

�� ��� ��� � ��

��"�� ��# $�� ���� � ��������% � ��� ������� ��� ������ � ��������� � ���� �

��� ��� � ��� ����� �� � �� ��� ���� � &'�

������ �� �� �� �� ���������� ������� ������� ��� ����������� � ����� � � �

��� ����� �� ��� ���� � ��������� � � �� ��� �� � �� �� � ������ � � ��� ������

� ��������� �� (� ���)�) � ���� �)���� �� � ��� � � �����)������ ������ � ��

�������� ��� ���� �� �����"���� � �� ���)�) �� ����������� � ��)� ������ � *#�+�

� "���� �� ��� ����� � � ����� &� �� ���� �������� ����)� ��� ����� � ���

��� ��,����� * �+� ��� ����� � ��� ��� ���� �)� ����� �� ���� ����)�����

���� �� ��� ��-����� ����)�� ��� ��))���.�� �� ��"�� ��#� ��� ���)�.�� �������

��� ������ "������ ���� ����� ��� ���� � � ����� �� ���� �� ��� �� �/�)���� � �

��� ������� ����� � ��� ) ��������� ������ "� ��� ������ ���� ��� ����

Page 52: In-Situ Raman Spectroscopy

��� �������� � ����� �� � � ���� � ���

3.4.3 Homogeneity without Electrical Shields

�� ����� �� �� �� �� �� �� ������� ������ � ���� ����� � ���� ��

��� �������� � �� �� ������ ���� �� ���� ������ �� ������ ��

������ � � ���� ������ ���� �� � ��� ������ � ������� �� ��

��� ������� �� �� ����� ��� ����� �� ���� �� � ��� ���� �� ����

��� �� � ��� ������ � ������� �� �� �� ��� �� �� ������� �� ��

� !��� dmax ������ �� ��"������� � ����� ��� ������� �� #$ %& ��

%' ����� ���� ��� ����� �� � �� ������� �� �� � �� � � ��� � �� � �

������ �� �� �� ������� ��� ������� �� # ���� �� %& ����� ��� ������

�� %' ���� �� �� �� �� �� ����� �� �� �������� �� �� ��� ������� �

����� � �� �����

�� ���� �� ��� ��� �������� ��� � ��� � �� �� ������� ���"

��� � ��� ������ � �� �� � ��� ������ � ������� �� IRSC (�� � � �

� ���� !"���( ����� � ���� ��� � � �� ��� ���� �� �)��� �� ��

����� ��� ����� �� ���� �� �� � ������ �� �� ������� � �� ������

���� � � ������ �� ����� ��� ����� �� ���� � ��� � � �� � ������

�� �� ������� *� �� ���� �� �� ��������� �� + � � ����� ��� �

� ����� �������� �������� ��� ��� �� ��� ������� ������ �� # �����

�� �� �� �� �� �� ������� �� �� IRSC �� �� � ��� ������ � %& ���� ��

%' ���� � �� ���� �� ��� � ������� �� �� ��� �� IRSC ��� ��� �����

� ��� �� �� �"������ � �� �� �� ���!��� �� �� ������ �� ���� �

��� �� � � , -- ���

* ������ !�� � ��� ��� ��� �� ��� ������� ������ �� �� ��"

������� � ����� ��� �� �� �� �� ����� ��� ����� � � �� � ��� �� ��

����� �� � ��� �� ��� ��� �� � �� �� �� � ������ � ����� � ���

*����� )�� �� � ����� �� � ��� � �� ��� � �� �� ����� � ��� � �� ��

���� .�� ������ � ���� ��/ � ����� � ������� �� � �� �� ���� �� ��

��� � �� �� �� �� �� ������� ����� � � �� � �� ����� �� �� ����� �

���� ��� ����� ����� � � ��� �� ���� �� �������� SiH4 �������� ��

��� �� � � �� � �� �� � �� �� � ��� ������ �������� ����� ��� !"

�� � �� � �� �� �� �� �� ��"������� � ��� ��������� ��� ��� �������

��������

��

Page 53: In-Situ Raman Spectroscopy

� ���������� �������� �� � ����� ��� ���� ����� � ����� �������

-8

-4

0

4

8

y po

sitio

n [m

m]

difference to IRS

C hole [%]

18 Torr10 Torr

6 Torr

21221314050

-8 -4 0 4 8

-8

-4

0

4

8

differenceto dmax [%]

21221314050

-8 -4 0 4 8

x position [mm]-8 -4 0 4 8

b)

a)

������ �� �� �� �� ��� ��� ����������� �������� �� ��� ���� ������� � ������

��� ���������� ��������� ������� ������ �������� ��� ������� �� ���

��������� ���� ���

� ���� ���� �� ��� �� ����� ���� ���� �� ���� ��������� � � �����

��������� ���� ��� ���� ���� �������� ��� ���� ��������

!���������� �� ��� �"����� �� ����� ����� ����� ������ �� ����� ��

�� � �� ����� �������� �������� ��� ���� �������� #�� �������� ��

��$� �� ��� ������������ �� ����� ��� !� ��� ������ ������

�%

Page 54: In-Situ Raman Spectroscopy

��� �������� � ����� �� � � ���� � ���

������

�����

������

������ �� �� ������ ������� �� � � ���� ���� ���� �� � ���� � � ������� �����

� ���� �

3.4.4 Shielding the Feed Through with Metallic Grids

�� ��������� � � �� ������������ �� � � ��������� ���� � � ������������ �� � �

������ ���������� �� � � ���������� ��������� ������� ��� �� �� ������ ���

� �� �� ����� �� �� �������� � � ���� � ���� ��� �������� ������ !� � � ��������

"dgrid# ������� � � ���������� ���� ����� �� � ��� ����� �� �� ��� �������� ��� �

������ �� ������ ������� � � ����� �� ��������� ����� "������ ���#� �� ���������

� ������� ����������� �� � � ����� ����� ����������� �� � � ����� ������ dgrid

� ���� �� �� ����� �� �������� �� ������� � � ������� �� � � ���� � ���� �� �������

����� ����� �� � �� ��$�������� �������� ��� � � ������ ��� � �� ������������

�� � � � ���� � �� �� ��������� �� ������ �� %���� ������ ������������

�� ����� � � �&��� �� dgrid �� � � ����� ���������� ����� ��� � dgrid �� '�

��( )�� �� ��� ��� �� ������������� �� *( � ��� )' ����� �� )' �� ��������

�� � � ������� �� � � ��������� ����� ���� ������������� ������ �� � ��� ��

�+����� �� � � ���� ����� ,� ���� �� � � ������ � � ���� �� � � ����������

���� ����� �� '�) ��� -���� � � ���� ������� �� ��������������� �������� ��

���������� ����� ��� � � ������ ���� ��� �� � ����� �� �������� !� ������ ��. �#

� � �� ���������� �� ��� � ��/���� �� ��&����� ���������� ��������� �� � ��� ���

�.

Page 55: In-Situ Raman Spectroscopy

� ���������� �������� �� � ����� ��� ���� ����� � ����� �������

� �������� �� ���� � ������ ��� ������� �� ��� ������� ��������� ����� �

���� ���� �������� ����� �� ��� ��� ������ �� ��� ��� �� ������� �� � ��

�� � �� ���� ������ �� ����� ���� �� ��� ��� ������ ����� ��� ������

�� ��� ��� ������ �� ����� ���!�� ���� ��� �� �� ������ !�� ��� ��������

�� ��� ��������� � ������ �� ������ ��� �� �� ��� " �� ����� �� �����

���� ����� ��� �����!�� ����� ��� ��#� ������� ������� � �������� ����� �

��� ���� ��# ��$����� �� ��� ��� ������ �� ��� ����������# !��������

����� ��� !% ����� �������� �� ��� � ������ �� ��� IRSC & ������� ��'

����& ��� ���� ������ �������� �� ��� ��� ������� ( ������� �� ��� ������

�!����� ������� � ����� �� ���� ���� ��� � ���� �� ��� �#�������� �����

������� �������� �� ��� ��� ������ �� �������# ������� ���� ������ �� ���

��� �� ��� ��#�� (��� ��� �������� �� ��� � ������ �� ���� ���� ��������

�� ��� ��#� ������� �� � ��� (� ����� �� ��� ���'������ �� �!�� � ��

��� )���� �������� �� ��� ��#� ������� �� � ���

�� ����� �� � ��� ����������# �� ��� �#�������� ����� �������& ������

��'���� �� ��� ��������� �� ���� ������� �� � �� �� " �� �� �������

)������ �!����� ��� ���� ������� �� � �� �� ��� ����� �� ��� ���� �����

�� ��*����� ����������# �� �!����� �� ���� ��������� ����� ���� ��� �����

���� �� ����� �� � �% ��� � ���� � ������ �� IRSC ��� ���� �������� �� ���

���� �� ������ �� � ��������� ������ �� � �� ��� ������ �� ��� ��� ������

�� IRSC ����� �� ���� ��� ������� �� � �� ���� + ����� �� ������� ������

�� ��� � ���� �������� ��� ����������# �� ��� ��#�� ������� �� � �� ��

" �� �� ������� ,�� ���� ���� ����� �� ������� �� ��� �����# �� ����� ��

������� ������

�� ����� �� � !% ��� ����� � ������ �� ��� ������� �� dmax �� ������ (

������� �� ��� ������������# �� �!�� � �� � ��������� ������ �� � ���

�� ��� " �� ����� ����� �� ������ �� ��� ����������# �� ��������� �� ���!��

���� ��������� ���!� �� �� ������

�� � �� ���� � ����� ��� ����������# �� ��� ��� ��������� �� ���� �� ����

�� IRSC �� ��������# ���� � �� ��������� ������� �� � �� �� " ���

)���� ������ ������ ���� �� ������� ���� �� ���� ���� ��� ��������# ��

��� ������� ����� �� ���� !# �����# - . ���� ������ �� �� ��������

��� ������� ( ����� ������� �� ��� ���� �����# �� ������� �� ����� �� ����

���� ������ �� ��� ����������# �� � ������������ ������ �� ��� ��������# ��

/�

Page 56: In-Situ Raman Spectroscopy

��� �������� � ����� �� � � ���� � ���

-8

-4

0

4

8

b)

a)

y po

sitio

n [m

m]

differenceto IC

RS hole

[%]

18 Torr10 Torr

6 Torr

2712172227

-8 -4 0 4 8

-8

-4

0

4

8

differenceto dmax [%]

-8 -4 0 4 8

x position [mm]-8 -4 0 4 8

257101215

������ �� �� �� �� ��� ��� ����������� �������� ��� ���� ������� � ��������

���������� ���������� ��� ������� �� ��� ��������� ���� �� �� �������

�� ��� ���� ���� ���� � ���� ������

! "��� ���� �� ��� �� ����� ����#���� �� ���� ��������� � � �����

��������� ���� ��� ����#���� �������� ��� ���� ��������

�! "�������� �� ��� �$%���� �� ����� ����� ����� ������ �� ����� ��

�� � �� ����� �������� �������� �� ��� ���� �������� ��� ��������

�� ��&� �� ��� ���� ������� �� ����� ��� �� ��� ������ ������

'�

Page 57: In-Situ Raman Spectroscopy

� ���������� �������� �� � ����� ��� ���� ����� � ����� �������

0 2 4 6 8 100

4

8

12

16

20

18 Torr

aver

age

devi

atio

n of

IRS

C [%

]

number of grid lines

10 Torr

0 2 4 6 8 100

2

4

6

8

10

12

stan

dard

dev

iatio

n of

diff

eren

ce to

dm

ax [%

]

18 Torr

10 Torr

a) b)

������ ��� � ������� ��������� �� ��� ����������� ������ �������� �� ��� IRSC

�������� �� ��� ���� ������� ��� ���������� ��������� �� ��� �

�����

� �������� ��������� �� ��� �� ������ �� !�� ����"���� �� ��� ����"#

���� �������� �� ��� ����#������� ��� ���������� ��������� �� ���

� �����

��� $���� �������� %���� ��� ���� ���� &�� �������� ��� ��#���� ������������

���� ��� ��������� �� ���������� ��������� �� ���� ��� ������

3.5 Laser Induced Heating

��� ���������� �� ��������� �� � ����� �� ��&�� ����������� �� �� �������� ��

������������ '��� ���������� ��#���� $���� ������������ ���� ����� ����

������� ���� ��� �� �� ��"�� �� ������(� ��� ����������� �������� ��� �� ���

����� ������ ���� �� ��� �� ��� ���� ���� ��� ����������� �� "��&� �� �� ��

��������� ������� ���������� � ��������� �� ��� ����������� �������� ��� �

��)���(����� �� ��� ������� $���� ������ ��� ��*��������� ���� ��� ��������

�)������� ���� ����� �� ��� !��� ������� �� �������� �� ��� $���� ������ ���

���� ���� �� �������� �������� ���&��� �� ���������� ��� ������ �� ������� ����

�� ���������� ��� ������� +� ��� ��(� �� ��� ����� ���� �� "��� �������� ��� ������

��� ���� ���� ��������� �� ���� ����� %���� ��� ����������� �������� �� ��� �����

�� ���������� �� ������� � �������� ���&��� &�� �� ���������� ���� ������� �� ��

,-

Page 58: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ����� �� �� ������

������ ��� ��� ��� �� ��� � �� �� ������� ��� ������ ������� � ��������

�� ������� ��� ������� ��� �� � �� ��� �� �������� ������� � �� ��� ��� ���

���� ��� ������� ��� ��� ��� �������� ������ �� ���� ���� �� �� ����������

3.5.1 Experimental Minimization of the Laser InducedTemperature Increase

�� �� ������ ������ ��� ��� �� �������� ������� ΔT �� �� �� ���� � �� �

������ ��� ���� �� �� ������ ���������� �� ��� ������ ���� ���� �����

!�� ������ �� �� ����� ��� �� ���� �� �"����� �� � �� ΔT �� � #���

Tcrys ���� ���#��� ��� ������� ������������� ����� ��� �� �������� � ������

����� ��� ������$ �������� ��� ��������� ��������� � � ������� ���%& ����

ΔT �� �� �� ��� ���� �� �� ������ ������ ����

&���� Tcrys � ����� ���� �� � '�� ��� ����� � ��� ����� � �� � ��� �� �

�������� �������� (� ������� �� ������ ���� ���� ���� ��� ��� ���� ΔT �

��� ��� ���� ��� ����� ���� Tcrys ��� ��)����� � ��� �� �� ����� ���

�� ��� ������� ' � ��� ����� ����� ��� ��� ������� �� �������� �������

��� ��� �� �� ����� �#����� �� �� �� �� ��� ��� ���� ��� �������� #��

� � ������� � � ������� ���� � ���*����� �� ��� ��� ���������� ��� ����

�������� ���� ��� ������ ���� ��� ��� �������� ����� ��� ����������

������ � �� � ��� ��� ���� ��� ��)����� � ��� ��� ������� � ��� �� ��

����� ��� ��� � ���� � ��� ������ ����� ��� �� ��� ���� ������$ ������

���� � �� ����� �� ����� ��� �������� ������ �� � ������� � ��� � ��

���� � ��� �*����� �� ��� �� �� ����� ���$ �� ������� +���

,��� ���������� ��� ��� ������ ���� ����%& ��� ���%& �� � ��������

���� �� -�� � ��������� ΔT �� �� ����� �� �� � ������ ' � ��� ���� �

��������#��� � ������������ ����� �� � ������ ������� ���� � � ������

��� ����������� ����� ����� � .�� ��� ������ �� �������� ���� �. �����

���� ���� � ����%& /01$ 0�2� &���� ��� ������ ��������� ���"����� � ����%& ��

���� �� � ������ ΔT ��� �� ��� ���� ��������� � ��� ������� ����� ���

����� ��� �������� �� ��� ������ ���� ������� ��� ����� #���� ������

���� �� ��� �� ��������� &���� ��� ΔT ���� ������ ������������ ��������

�� ����� � �� ���� �� ��� ��#���� �� �������� ������ ���%& ��������� ��

� �������� ���� � ��� ������ � ������� �� ������ ��� ������������ � �

+�

Page 59: In-Situ Raman Spectroscopy

� ���������� �������� �� � ����� ��� ���� ����� � ����� �������

400 425 450 475 500 525 5500

200

400

600

800

425 450 475 500 525 550 425 450 475 500 525 550

inte

nsity

I [c

ount

s/40

s]

Raman shift [cm-1]

0.71 W0.50 W

20 s 100 s 400 s

0.35 W

������ �� �� �� ������� �� ��������� � ������� �� � �������� ���� ��������

����� ������� ��� ������� ���� �������� ����� �� �� �� � ��� �� �

�� ������ ���� ��������

������

�������� �� � �� �� ����� �� � ��� ��������� �� �������� ���

����� �� ��� ����� !�� ���� ������ ���� �������� ������� ��������� ���� ��������

��� ������� ������� �� ������ ��

I = I0 × 10−OD "��#

����� I0 �� ��� ������� ��������� �� ��� ������ ���� ���� ���� � ����� ���� ��

������� ������� �� ��� ������� ��� ��������� �� ��� �������� ����� !� $� %� &���'

������ �� ����������� ��� ��������� � ���� ����� ���� �(����� ��� !�� ���������

)�� �� ��������� ������ ������ !� ��� ������� �� ������� ���� �� ����� ��� �����

����� ������� ��� �� ��� ��� ����� �� ��� �� �� ������� �� ����� �� ��� �����

������� & ����� �� ��� * ������� �� +) ����� ��� ����� ���� �� ��� �� ���

���� ��� ���� �� �� ������� ����� ����� ���� ���� ���� �� ��� ,� % �� ���

����� ����� �� ���� !� ��-������ ��� �!�������� �� ��� ��� ������� ��� �� ����

�� ����� ��� ��-����� �� ��� ����� ����� �� ��� �� �� �������� �� ��

������ ���� �� � μ ����. � ������� ������� ����� ���� ������� ���� & �����

������ �� /$ μ� ��� ��� !� ��0������ ��� ����� �� ��� ������� ������ ��� �������

��� �������� ���� � ���1����� �� 2$ 34 ������� �� � ���� ����� �� ������� � %�

&� ����5����� ������� �� ������� !� ���� ������� $ ������� ��� ��� ������� ���

������� ������ ��� ���� ����� ��� �� ���4�� �� ��!�� ���� 6� ������ �� ���

�� �� ������� �� ��������� � ������� ������ �������� ����� ������ ���� �������

��� ��� �� ��� �� � �� ����� ������ �� ���$� ��$ ��� ��, * ��� ������ ���

Page 60: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ����� �� �� ������

����� ����� ���� � ������� ����� ���� ���� � � ����

�μs� ��� ����

�� � � ���

�� ���� ���� ���

�� ��� ���� ���

�� ��� ���� ���

�� � ���� �� �� ����� ��� ������ ������� �� ��� � ��� ���� �� ������� ��� ����

��!��" ���� ���� ������ ��!�� ��� ��!�� �� ��� �� � �� ���� ��#

�� ����� !��� ���� �� ����� ��� ��$����� �� ��� ���� ��!�� �� ���

�� �������� �������� �� � � �

������ ��!��� �� �! ���� % �� ������ �� ��� &� �� ������� �� �����'��� (��

� ����� ���� ��!�� � ������������ �� ��� ������ ��� ����� �� �����'�� ��� � ��

��� ��������

��� ���� ���� ��� ������ �)����� �� �������� !�� ��� �*������ ��� ����

��!��� �� �! ���� %� +'�� ����� � ��� �� � ��� ������� �� � ������� �� � ��#

����� ������������� ,���� ��� ���� ��� � �� ��� ���� ��������� �� �! ������ ��

� �! ��� �� � � �� ��� ��!� ���!��� �!� �� ��� ����� �����!��� ��� ������ �)�#

���� !�� � ��-� � ��� ����� �� � �� ��

(�� � ���� ��!�� �� ���� % ��� ���������� ������ ������ ��� ������ ���

�����'� �� ���� ������ �� ������ � ������ �)� ��� �� � �� .���� ��� ���� ��#

���� ��� �� ������� �������� �� ��� ������ ��� '� � � �������� �� �����'��� ���

��� � �� ��� �� ���� ���� ��� ������ � ���������� ��� � ������� ��� ���� ���

���� ��� ���� ���������� �� ��������� �� μ�#/��,�

�������� � �� ����� ����� � �� ��� ������ ���� (�� �� �� ������

�� ��� ����� �� ��� μ� �� �� �*������ ���� �� ������ ����� �� �������� �� �������

������ ��� �� ��� ��� ���� ���� ��� �*� � �� �������� �� ��� � � ��

������� �� ��� ����� �� ��� �� �� lp� �� � ��� �� ��� ������� �� !������ ��

�����!�� �� ��0��� lp� �������� �� �������� �� lp �� � ������� � ���� �� ��

�������� �� ��� ���� ��� �� ,���� ��� �� � �� ��� ���� �� ��� ��!� ���!��� �!�

�� ��� �� ��������

� ����� ��� ��$����� �� ��� �� �� ����� �� ��� � �� �������� &� ��

Page 61: In-Situ Raman Spectroscopy

� ���������� �������� �� � ����� ��� ���� ����� � ����� �������

0 30 60 90 120 150 180

0

5

10

15

20

25

30 ��� �� ����

��� �� ����

� �� ����

crys

talli

ne v

olum

e fr

actio

n IR

SC

[%]

���� t ���

������ ��� �� �������� ������ �������� �� �� �������� ��������� �� �� ������

������ ����� ������������ ���� � ����� ����� �� ��� �� ��� ������ ��

��� ����� ������ �� ������ ���� � μ� ��� � μ� �� !� μ��

������������ ���� �� ������ ����� �� ��� � ��� ����� ������� �� �" � ���

!� μ� ���� ������� ���� ������ �� ����� ���� ��� ������ ������ ���� � μ�

� �� ������#����� ��$�� ������ ��� � lp �� � μ� ��� �� ������#����� ���� �� ���

���� %���� �&��� �� � ������ �� �� �������� �������� �� ��������� %���� �� ����

������ ������������ ���� � ������&����� �� � ����� �� �������� �������� �� �&������

�� ��� �������� ���� ����� ���� ���� ��� ������ �� ��� ������� ���� ���������

&������ ��� ������ ��� ����� � �����'� ���� ������ ���� �� ����������� �� ���

�� �� �� ��������#� ��� ��������� �� � �� �������� ������ ��� � lp �� !� μ� ���

�� ������#����� ���� �� ������� ���� ����� ������� �� �� ��������� ���� ���� ���

����� ����� ������ ��� ����� ����� ��� �� &� ����� ���� ��� � �� ��� ����� ������

������� ���� � μ� �� ����� � �� ������#����� �� �� ��������� �� ���

��������� �� � � ��������� �� � ���� ���� ��� �� �������� ���

��(���� �����&�� ����� ����� ������� ������� ���������� ��� ����������� ���

����� �� ���������� ���� � ������ ����� )�� �� ��� *�������� ���������� �� ���

���� �� � ���� �� ��� ������" ����� ���������� �� ����� ������ ��� �������� &

+

Page 62: In-Situ Raman Spectroscopy

�����

��

�����

���� �

���

ldiff

ldiff =0.6 · λn · sinφ

n n

φ

ldiff μm

26× 26 μm2

Aelip

Acirc

Aelip

Acirc

=0.65mm · 35μm · π

(35μm)2 · π = 37.

μ

Page 63: In-Situ Raman Spectroscopy

� ���������� �������� �� � ����� ��� ���� ����� � ����� �������

��������� ����� ��� ���� ������ �� � � ������ ���� �� ��� � ��� μs ����

� �� ��� ����� ��� ������� ��� �� �� ��� ����� ���� � ������ �� ���� � ���

������ ��� ���� ���� ���� �� ���� !� � ����� � � � � ���� �� ��� !��� ��

�������� �� �� ������ ���� ��� ������ �� ������ ��� ������ !� ��� μ� � � �����

���� � ���� ������ �� � � � ���� ������ "� �� ���� ����� �� ������� ���

��� ���� ������ �� � � ����� � ��� ������ ���� � � ��� ���� �� ��� �� � �������

� ��� μs � ������#� ��� �������� $��� ��� ���

������� �� � � ��������� ������ %�� ����� ���������� ���� ���� ��&

����� �� � ���� ����� ���� � �� ���#��� � ��� ����� � ���� ����������

� ������ �� �'��� � ��� �� � �� ������� (� �� � ���� �� ��� � ����� ��� μ�

� � ���� �� � ��� !��� !� � ���� ������ �� � � ���������� � ������ ���� �� ����

!��� ��� ���������#��� ���������� �� �������� �� � ����� ��� ���� � � ��

�� �� ��� ����� � � ��� ���� � ��� �� � ��������� � ���� !� ���� ����) ��

��� � !� ���� ��� ���� ��� ����� ����� �� �����!�� !� ��� $��� ������&

�� ��� %�� ������ !��� �� � ����� � *�� � � ��� � ������ ���� ��� ��������� �

��� ������ � � ���� � ��� �� � � +� ��� !� ��� $��� �������� ���

3.5.2 Finite Element Simulations of the Laser InducedTemperature Increase

������� ��� ������� ��������� ���� �� � ��������� % ��� �

!����� ������ �� � � ��� ��� ��� ������� � ���� �� ���������� � � ��� �����

����� � � ��� ����� � ������� �� � ��� ������� ,�����, ��� �������� !����

���� � ���� � � -��!���&(��� �!����� � %�� ������� � ������� ���

�!����� � ����� ����� � ��� ��� ����� �� � ���� � ��� ����� ������!��

!� "��� ./�0� %�� ��1 � "��� �� ����� ��� ����� �!���� � ��� &��� �����

�� ���� ��!������ � "� �� ��� ����������� � � ���� �� ������ ��� ���

������� 2 ��� ���������� ������ � $��� ���������� ��� ������� �� ���

������ �� �� ����� � � � � ������ � ����� � � �� � � !� � ��������

��� ������!� � ��� ����� � � � ���� !� ����� ����� � ������ � ���������

�� ��� ������� �� ������ �����3lth4� %��� ��������� �� ��������� ��� ���

������� ���� �������� �� �� � ��� � ������� 3cP4) ��� ���� � ���� ��� 3λth4

*/

Page 64: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ����� �� �� ������

����������

��� �

��������������

���

�������������� �� �����������

����

������������������

� �� �

�� �� �

�������

������ ��� � ������ ������� �� ��� ��������� ����� ��� � ��������� �� ������

�� � ����� �� �� ��� �������� �� ��� ����� !���� ���� ���� �� ���

����������� ���� ��� �� "� ���������� #�� ��������� ������"����� ��

��� ����� ����� �� ���� �����

��� ��� ������� $ρ% �� � ��������

lth = 2 ·√

λth · tρ · cP $��%

����� t �� ��� �������� �� ��� !����� ������ �� � ������ ���� ����� ��� �����

��� � ���� �� �������� ΔT ����� "� � ����� !����� #�� &�� '(��� ��� ���

����� ��"������ ���� ������� �� "� �����!����� ��� ��� ��������� ��)������� ��

*�+ ��� #�� ��,� ���� �� ����� �� ���� ��� �� ����� ���� ��� ������ ��� ��� �����

!���� ����� ��� �"���!���� �� ��� ����� ����� �� ������� �� ������ -��"����.���/�

��� � ������ �� 01������ +�2 ���� � ������� ��3 ���� �� �"���!����� #�� �"�

���!���� ��3 ���� �� �(!� ��� �� �� ����� �"�)� ��� ��������4����� ���!�������

��� �� � ���� �� �"���!���� �� ��� ���������� !����� #��� �5� � �� ��� ���������

�� ��� ������������ #�� ��� ����� �� ��� ����!���� ���� �� ����� ��� ����� ��

"� μ�6 ���� �� ��� #7' �*8 �� ��� ���� �� ��� ����� ��"������ �� ��� #�

� ���� ��� ��� ��� !���� � ������� �� ��� ������ ��� ��� �(!������ �� ��� "���

"� ��� ���� 9���� ��� �������� �� ��� �� ���� �!�� �� ��� ���!�� ��� ����� ��

88 � #� ���� � ��� �� ������� ���� ��� ���������� ��� !�������� �� � +

:

Page 65: In-Situ Raman Spectroscopy

� ���������� �������� �� � ����� ��� ���� ����� � ����� �������

��������� � � � ���� � �� �� ��� �� �� ���������� ��� �� �� ��� � ���

�� ��� �� ��������� �� ������� ����������� �� �� ��� � �� ������ ������

� ����������� ������� �� �� ��� �� �� ����� ��� �� ������� ���

�� �� ������ �� �� ��� �� � ���� �� �� ��������� � ��� �� ��������� ��

�� ���������� ��� � �� ������� �� �� ����������� ��� � �� � ������� � ��� ����

���� �� ���������� �� �� ��� � � ��� ������ �� ��� ��������� ��� �� �� �����

��� �� ��������� �� �� � ��� �� ������� ����� ��� �� �� ��� �� �� �����

�� ��� ��������� �� � ����� ���� �� � ������� �� �������� �����������

������ � ���� ����� ������ �� ������������ ����� �������

� ������� ����������� � �������� �� �� ������ �� �� ��� �� !���� ��

����� ���"��� �� �� ����� ����� ��� ������� �� ����� ��� ������� ���"

��������� � ����� �� �� ����� ��� ��#�� ��� �� �� ����� � � ���� ���� $%&

μm/1.3mm'� !���� �� ����� ��� ��� ��� � �� �� ������ � � ���� � ��� ����

�� ���� ����� ���� �� �� ����� ����� �� ��#�� ��� � � ������ �����������

���� lth � ����� () μ� ��� ������� ������ �� ��� � ����� �� ��& μ � �

���� ��� ��� �� �� ������������� ��� ���� ����� ��� ��� ����� �� � ��� ��

������ *�(+ �� �� ����� ���� �� ��� ������ �� ��� � ���� ������ �� ���

��� �� �� �������� ���� �� �� � ����������

� ������ ������������ ��� �� ��� ����������� �� ,��� ����� ��� ����"

��� ������ ��� ����������� ���������� � �-��� �� ��������� ��� �� ��

��������� ��������� �� .�������� /0+1 0%1 0*2� � ����������� �� �� ���3 ���

�� �� �� ����� �� ��� ��� ���� �� +&& 4� � � �� � �� ������� �����������

�� ��� �� ����� ���3�

� ��������� ������ �� ������ �� �� ������ ����� �� � ���� � ���"

����� � ������� � � ������� � ����� ���� �� ��� ���������� ��� �� ���"

������� � �� ���� �� � ������ ������� ��� �� �� ���������� ���� ������ � ��

�����������1 �� ��� ��� � ��� �� ����� ������ �� �� �� �� ��� � �� �����"

���� ��� ��� �� ��� ��� �� � �� ��������� �� �� ��� ������ ���� ����� /052�

6� �� �"��������� �� ������ *�(+ �� �� �� ���� � �� ������ �� � 7�� ���

����� ��� �� ���������� 6� �� � ���� ��� �� ����� ��� ��� � �� ������ �� �

7�� ��� �� ��������� �� � ��� � ��������� �� �� ��� �� ��� � �������� ��� � �� �

� ���� ��� �� ���� ���� �� ��� ������� $�8!9' �� �� 7�� ��� �� ���"

������ � �� �� ����� �� �� �� �� ���� � ��� � ������� �� ���� ��� ��

����� ����� ��� ��� �� ��-������ ��� �� ��� ���� ���������� ��� �� �� ��

%&

Page 66: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ����� �� �� ������

����������� �� � ���� � � ���� �� � ������ ���� �� ���� ��� �

�� �� � ����� ��� � ������� � ���� � �������� �� � � ��� ��

�� � ��� �� � � ����� � ����� ���� �� ���� �� � ���� � ������ �

�� ����� ��� � �!� �� ��� �� �� � ��� ��� �� � " � � �� ��

� ����� � ���� � ��# � �� �� �����$�� ���� �� %���� ��� �� �� ��

� ��� �� �� � �� �����!��� � "� � �� ������� ��� ��� � ���� ��

�� � ������ �� � ���� � �� ��� �& �� �� � ���� �� ��� � �� �

����%����� �� � �� � ����� ��� �� � '(( ��

����������� �� �� �� ��� ����������� ����� � ����� ���) ���

0 100 200 300 400 500400

500

600

700

800

900

��� �� ����

��� ���� ��� ��

�� �����

tem

pera

ture

T [K

]

�� t ����

�� �� ����

� ���� ���� ��� ��

�� �����

����� ���)* +����� � ���� �� ����� ,��� ����� ���- ���� "� � ���

������ ��� �� � ���� "� �� ���� ���� �� ��� � �������� �� � ��

�� � ��� ���� �� !���� ��� $ � �� ���� ���� �� � �

��� (�) � ��� � ���� ���� ��� � �������� �� ��� �%��� ���

��� �� �"�� �'( �� ��� �.( �� �� � ����� �� ����� �

��� ��� � �� '') μ ��� � ���� ���� �� ��� .) μ �� �

�������� ���

!���� �� � ���� �� ����� ���� "� �� ��� ��� ��� � �"�

/�� ������� ��� � �� ���� �� � �� � ��� � "���#� "� � ������� 0�

)�

Page 67: In-Situ Raman Spectroscopy

� ���������� �������� �� � ����� ��� ���� ����� � ����� �������

��� ����� ��� ��������� �� ���� ���� �� �� ��� ���� ��� ���� � ����

���� �� ��� � �� ����� �� ��� �� � ������ � ���� ��� ���� � ���� ����

�� � �� ��� ���� ���� ����� � � μs� � ��� �� ���� �� ��� ���������� ����

����� ��� ��� ��� �� ��� ���� �� �������� �� ���� ���� ����� ��� ��� ��

��� ���� ���� ��� ��� ����� �� ��� ����� ��� ������ ��������� �� ��� ��

����� ������� ���� ���� ������� �� ��� μ� �� ��� �� �� ��� ����� �� ���

�����

!���� ��� ��������� ������ �� ��� ��������� ��� ��������� ����� ��

�� � �"���� ��� ���� ������ #� ���� �� ��� ��� ������� ������ ���

����� �� ��� ���� $��� � ���� ����� � ��� ���%�$ ���� �� ��� ��� � ���

����� �� ��� ��������� �� ��� ���� �� ��� ����� #� � �"������� ���� �"&

���� ��������� ���� �� ����� ��� � ��� ������� �� ������� �� ���� ����

�� ��� ���� ��������� �� ��� ����������

�� �"������� �� ���� �� T �� ����� �� ��� ��������� ����� ������ ����&

�������

T = A · exp(−t/theat) + T0. '(��)

��� ��� �� ��� ������� A �� T0 �*��� ��� ������ ��������� �� ��� ����

�� ��� ���� ������ theat ��� ����� ��� ������ ��� ��� � ������ �� ���

��+� �� ���� ����� ,�� ���� ���� ������� ���� ��� �"���� ���������

�� ��� T0� -�� � ��� �"���� ��������� �� ���� Tmax � �� ��������

���� �*����� (�� � ��� ���� �� ��� ���� ������ ������� ����� �� ������

������ ����������� ��� ������ �� ��� ���� ���� ���� � ��� �� �����

���� ��� �"������� ��� ���� ��� ����� �� �*����� (�� �� ��� ������ ���� ��

��� ������ A�

���������� �� � �� ������ ��� ���������� ������ �������� ������� ����

��� �"�������� ��� .��� ������ ��� ������� ����� ��� ���� ������� ���

�� �� ��������� � ��� ������ ��� ����������� ���� ������ �� ������ ����

���� ������ ������� ���� ��� ���� ���� �� ��������� ��������� ��� ������

��/���� � �� �������+���� ��� ��� ������ ���� ������ ���������� �� ,����� (��0

���� �� �"����� �� ��� ���� ��� �� ��������� �� ���� ������ ��� ������

��� �� ������ ������� �� ��� ����������� ��� �������� �"���� �����&

���� �� ���� ���� ������� � ���� �� �� � ����� ��� �������� ������� ���

���� ���� �� ������� .��� ������ ���� ���� �� ������� �������� ���� ���

�0

Page 68: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������

������� �������� ���� ����� � ���� ����� � ���� ����

������ ������ ����� ������ ����� ���� ����� �μs�

�� �� ��� < ���

��� ��� ������� ��������� ������� �� ������ �� �� ����� ����� ���

����� ���� ��� ��� ��� ���� �� ����� �� �� ��� �� �� ��!����

"���� ��������� �� �� #� ������ �� ����

�������� �� ��� ������� ��������� �� #� �������� ��� �� �����

����$� ����� %�� �� ���� ������� ���������� �� ��� ���� � �� ����

�� �������� �� &����� ����� ����� � ��'���� �� ��� �� ��� �� ���

���� ���� �� ����$���� �����

3.6 Summary

�� �������� ����� �� � �� ����� ���� ���� �� ��������� ���!

������ �� μ�!&� % ���� ��� ��!���� "���� ����������� ��� �� ������� ��

���� ������� �� ��������� �� �� ���� ������� ���� �� ��$ ����� ��

������� ���� �� �� ��������� ��������� (� ��� ��� �� �������� ����

��$ �� ������� �� ������) �� �� ��� �� �� "���� ���� �� �� �������

#� �� �������)��

�� �������� ������ ����� �� �� ��� ��� ��� "���� �����������

��� ������� �� ��*���) �� ������ ���� �� ���� ��) �� �� ���� ���

*����� �� � ��������� ��� +��� ���� ��������� �������� �� ������ ��

��!���� "���� ��������� �� �� ������� #� �� ��� ��� �� ��������

������� �� ��� ��� �� ������ �� �������� ������ ������� �� ����

������ ��� �� � �� �� �� ������ ���� �� ���������� ������ ��������� ��

� ��,��� ���� �� ������ ���� (� &������ ��� ��� ��� �� ��� ������ ����!

���)����� �� ������ ���� �� ��� �������� ������� �� �� ����� �������

�� � ���������� �� �� �������� $��� �������� ���� �� ������� ��!���� ����

��������� ���� �� ������ ��� ���� �� ����������

��

Page 69: In-Situ Raman Spectroscopy
Page 70: In-Situ Raman Spectroscopy

4 Determination of the CrystallineVolume Fraction of Growingμc-Si:H Layers

���� ��� ������� �������� ��� �� �������� � ��� ��������� � ����������

����� � � ��� �������� ������� ���� ��� �������� � ����� ��� �� �� �������� ��

������� � ����� ���� ��������� �� ��� � ��� �������� �� � �������������� �

������ ������ ��� ������ �� ��� ����� � ��� ��������� �� ���� ���� � ���

����� � ��� �� ������� �� �� ������ ��� ����� � ������� ��� ���������� ����

������ � ��� �������� ��������� ��� �������� � �� ���� ���� ���� ��� �

�������� ������ ���� �� ��� ��������� � ������ ������� � � ��� �� ��!� ����

���� ���!���� �� �������� � ��� ��������� ������ ���� ��� ������ ��������

����� ��������� �� ��� � ��� ������ �� � ��� ���� � � �� ��� �� �������� ��

��� ��������� � ������ ������� ��� �������� � ������� �� ���� ��� � �

��������� �� ������ ��� ����� ��� �������� � ��� ����������� �� � ����� ����

������������ ��� ��� ���� �� ��� � ����� ����� �� ��� �������� �� � �"�#$ �����

�� ��� �������

4.1 Recording and Processing of the in-situ

Raman Spectra

��� �������� ��������� �� � ����� ��������� �� �� � ������� ��������� �� �� ��

������ �� ��� ��������� � ����� ��� ��� �� ��� ����� �������� �� �� ��

������ � ��� � � ��� ��������! �� ���� � ��� �� ��� ��� ��� �����% ���

��!� � ������� ���� �� ��� &&' ������ � ��� � �� ���� �� ��� ����

((

Page 71: In-Situ Raman Spectroscopy

� ����������� � ��� ��������� ����� ������ � ������ ����� �����

ttot

tinttnet/tint

treadtshut

on

off

off

on

closed

CCD integration

laser pulses

time t

spectrometer slitopen

������ �� ��� � ������� ����� ������� ��� ��� ����������� ������ ��� �������

����� ������������ �� ��� �������� ttot� ��� ���� ����������� ����

�tnet�� ��� ����������� ���� �tint�� ��� �������� ���� �tread� ��� ���

������� ���� ���� �tshut� ��� ����������

������� ������ ��� ���� ���������� ���� ��!����� ��� ��������������� ����� "��� #�

������� �� ���� �������� �� �#���� ��� �� �������� $����� �������� #��%������ ����

���#������ ��$� �� #� ��#�������� &� ��� �����"��� ��� ������ ��� ��� ���������

�� ��� #��%������ ������#������ �� ��������

4.1.1 Parameters Determining the Duration of aMeasurement Interval

��� ���� ���������� ���� ���������� ��� �������� �ttot� �� �� ������� ��������

���� ��� ��� ����������� ���� �tint� �� ��� ��� ������ ��� ��� ���#�� �nacc� ��

�������������� �������� "��� ��� ���� ��� ���� �tread� �� ��� ��� ������ ���

��� ����'����� ���� �tshut� �� ��� ������� ���� �� �"���� ��� ����� #��� �� ��� �(

����� ���������� ��������� ttot� ) ���������� nacc ��� tint ��� �������� �� ���

����� ������ �� ��������� ��� �� ��� ��������� ���#�� �� ������ �������� # ���

��� #�� ��� �������� ���������� ��������� ��� ��� ����������� ���� tnet ������

*+

Page 72: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������� � ��������� �� ��� ����� � � � ������

����� ��� ��� ���� �� �������� �� ����� ���

tnet = ttot − nacc · (tint + 2 · (tshut + tread)) �����

����� ���� ����� ���� �� tint �� ���� �� ������ ��� � ��� ��������� ���� �

���� ��� ������� ��� �� ��� �� � ��� ����� ���� �������� ��� � �� ���

��� �� ��� � ��� ��������� ���� ���� �� �� ���� ��� �� ��� !!� ����

tshut �� tread ���� �� �� ���������� ������ "����� ��� ��������� � ����� ���

��� ������ � ��� ���� �� ����� ����� �� ����� ����� #� �������� ����

� ���� ���� ����� ��� ����������� ����� ��� �������� � ��� ���������

������� tshut ��� ��� �� $%& �� #��� ��� ���� �������� ���� � tread � ����� �

&�% � ����� &�'% � ��� �� ���� �� ��� ��������� � ��� ��� ���� ����� ����

����� ���� �������� � ��� ��������� ����

4.1.2 Parameters Determining the Intensity of the CollectedSignal

( ���� ������ ��� ������ ���� ������� ��� �� ����� � ���� ������� ��� ��)

�������� "����� ��$ ����� � ������ ��� ������� �������� ����� ��� ��)

������� � � μ�)���* � � �������� �� � �+)���� �� ����� �������� "��

���� ��������� �& ������� ���� � ��������� ��� � � � ���� ��� ����� ����

����� ���� �� � � ttot � ����� $, �� #�� ������ ���� ����� ���� ��������

��� ����� $�% -.�� *��� � ���� ���� � �������� � ����� ' �� ���������

����� ���� �������� ������ � #�� �)���� ������� ���� � "����� ��$

����� ��� �������������� ����� � ���������� �� �� ��� ���� � ���� ���� )��)

���� ����� ��� ������� �� ��� �� ����� �������� #�� �� ����� �� ����

�� ��� ���� ttot ���� �� ��� ��������� � ��� �)���� �������� #�� ������� �

��� �)���� ���� �� ��� ��� �� 520 cm−1 �� ����� � 515 cm−1� #��� �� ����������

�� ��� � ������ ���������� � ��� � ����� �� ����� �/&�! 0,'1� #�� ��������

����� � ��� ���������� �� ���� �� � �� ������ � ��� �� ��� ���������� � ���

� � 2������� � ��� ������� ���� ���� � ��� �)���� �+������ �� �� �� ���

�� ��� ������� �� ������ � ��� ��3������ ������ ��� ��� � ��� ������������

2���� �� ttot ��� ������� � ��� ��� ���� �� � �� �������� �� ���

�������� � ��� � �� ��� ������ �� �� �� ������� #��� �� ������� � �)

������ ����� ��� ����� ����� � ���������� "�� ���������� �� ����� �� � �

%'

Page 73: In-Situ Raman Spectroscopy

� ����������� � ��� ��������� ����� ������ � ������ ����� �����

400 425 450 475 500 525 550

0

10

20

30

40

50

60

inte

nsity

I [c

ount

s/s]

Raman shift [cm-1]

ex-situ reference

in-situ spectrum

������ �� �� ��� ����� ����� ��� ���� ������� � ������ � �� ������� ���������

��������� ��� ������� �������� �� ��� ���� �� ���� � � ��� ��������� �

���� � �� �� � ��

��� ����� ����� �� ��� ���� �� ��� ����� � ����� ��� ������ ��������� ���� ����������

�� �� ���������� !� ���� ����� � ��� ���� � ��� �������� � ��� ����� ������ ��

� ������� � ������������ �"���� ������ � �������� ��#���� �� �� ��� ��$�%&

��� ��� ��$'����� ����������

������ ��( �� �� ��� �������� � ��� �� ��� ���� ������ ��� ���� �� ����

��� ���� � ����� � )�* ��$� +� � ����, ��� )�*� ��$� +���� ����,� ��� ����

���� ���� ���������� ��� �������� � ����� �� � � � ��� ���� ��� ���� � ���������

�� ������� � � ������ ��� ��� ���� � ���� ��� �������� ����� � ��� ��� � ���

���� ���� ������ ��� ����� � ��� �� ��������� � )� -$cm2 ��� ��� ������ � ��

�������� � �� �������� !� ��������� �� ��������� .��/ ����� � ��� ��� � ��� ����

���� ������ �� �����'�� �� ���� ������ �� � �� ��� ���� � ���� ������� �01$��

� � � �� ��� ���� �� ��� �������� '����� �� � ������ � � ��� ��� ���� � ����

+tdep,� ! � ������� �������� � ��� ����� ��������� ������� � ������ � ���

���������� �"���� �� '������ �� ��� ���������� !���� ��� ��������� � ��� �� �� ��

����� �� ��� � ���� � �� � ��� ����� �� ��� ���� ��� � ������ � �����������

��� �� ������ �� �� ��� �������� +Δt, � �� ������ � ������ �� ���� �

0�

Page 74: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������� � ��������� �� ��� ����� � � � ������

0 500 1000 1500 2000 25000

20

40

60

80

inte

nsity

I [c

ount

s/s]

deposition time tdep [s]

Rd~0.64 nm/s0

20

40

60

80

Rd~0.26 nm/s

������ �� �� ���� � �� �� � ���� ���� ������ �� ������ ���� �� � ���� � �� ��

�� ���� ���� ��� ���� ����� ��� ������ ��� �� �� �� ���� � � ��

�������� �� �� ������ ��� ��� !����� � ��� ���� ��"�! ���� ������

�� ������� ����!�� #���

�� ������ �� ���� � �� � $Rd% ��&�� � '()* )�+ ���� �������� �� � ����� �� �

� ��!����� Rd ·Δt �� ������ �� ������ ��� ��� �� ��,�� Δt� ��� !���� ���� ���

!��� ��! �,� �� ��� ��! �,� �� �������!� ��� ����� ��

Rd =λ

2 · n ·Δt$���%

����� n �� �� �����! �,� ����- �� ����!�� ��� λ �� ��,����� � �� �� .����

���� �� ���� � ���!� �� #��� ��� ������ �� �� ����� �/0 �� � �� �� �� �� �

���� � �� �� ���� �� �����!�� ������ �� ����!��� ���� �1�! �� !����! �� ��� �

����� �� �1�! �,� �����! �,� ����- $neff% �� �2�� ��� ��� '33+� �� �� ��� � neff

�� ���� � �� � �� �� ������� �-&�� � ���� � ��!����� ���������� �� � � ���&

#���� �� ��� �� � �� ������ ��� ���� 4������� � !��� �� ���� � �� � ������

��� ������ ��� � neff �� �) �� �� ������� ��� � � ������ ������ ���� ���� neff ��

���� ��� ��� ������ ���� �� � ������ 5�0 �� � �� ���

��� �� ����&�� � !��� � � ���� ��!����� �� � �� �� ���� � �� � ������ ���

��� �� � ���,��� ���� ����! ��� �� �� �� ���� � �� ��� � �� !�� ��� �� �� ����

��� �! ��� �� � � ����!�� #�� �� ��� ���!�� �� �� /��� �� � 6��� ������� �

7)

Page 75: In-Situ Raman Spectroscopy

� ����������� � ��� ��������� ����� ������ � ������ ����� �����

������ �� � �� �� ��� �� �� ��� ���� �� ��� ���� ��� ��� ���� �� � ��

������� �������� �� ���� �� � �� ��� ����� ��� ������ �� ��� �� � � ���

���� ����� �� �� ��� ��� ����� � ��������� ������� � �� �������� �����

����� ��� ������� �������� ����� ��� � ��� ��� ����� ��� �� �� �� ���

���� ��� �� ����� ���������� � � ��� �� �� �� �������� �� ���� � ����� ����

� �� ������ ������������� �� �� � � ������ !� �� ��� ������ ���� ��������

� �� ���� �������� �� ��� ���� ��� �� ������� � �� �������� "� �� � ������

� �� � �� ������� �� �� �������� �� ��� ���� � �� �� � ������� ����� ��

����� ����� ��� �� ������ �� � � � ��� ��������� � �� �������� ���� ��� ����

����� ���������� ���� � ����� �� ����� ���� � � �����#�� �� �� �������

�� ����� ���� ������ ���� �������� ����� ��� �� �� �� ������� �� ��

�� ������ �� ������ ��� �� �� �������� �������� �������� �� ����� ��

�� ������ ���$ � � �� ���� ������ � �� ���� ��� ���� ����� ���� � � �����

���� � �� �� ������

%�� � �� ��� �� ���� ������ �� �� ���� � �� �� �� � ������� � ���#��

��������� �� ������� ��� �� ����� �� ��� �#��� ��������� �� �� ������

������� ���� �� ��������� ������� � ���������� �� �������� � ��� �� ����

�� ���� � ����� � �� � ���� ������� %��� � ��� �������� �� ���� ����

�� �� �� � !���� �&�& �� ������ � �� ������ ���� ������� ��� ���� � �� �

�� ���� ���� � �������� �� �� �� ���� ����� ���� �� ��'���� � ���� ��

���� �������� �� �� �������� ����� � �� ��������� �� �� �� � ������� �

4.1.3 Background Contributions to an In-Situ Signal

�������� (��� ��� �� �� �� ����� �� �� #���) ����� � � ���� � �����

� ����� � ��� � ������ �* �� ����� ���� �� ������� � �� ������ �� � �� ��

+ �� ��� � �� ������ � ���� ������ �� �� � ������� ����� �� ������ ��

� � ��� �� �� ��� �� �� �� �� ����� � �� ������ ����� � � �� �� � ����

���� ��������� � ����� � ������� ������ � ���� �� �������� �������

���� ���������� ��� ������ ��� �� ��� �� � ������� � ���� ���� ������

�������� �� �������� � � ������� �� ��� �������� ����� � � �������

����� � ���� ��������� � ���� ���� ���� �� ������� ��,���� ���$ ���� ��

����� ��� � � ���� �� �������� ��������

� ������ ��� �� ������ ��� ��������� ����� (��� ��� �� �� ���� �

-.

Page 76: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������� � ��������� �� ��� ����� � � � ������

300 360 420 480 540 600

75

90

105

120

135corning glassprotection plate

2 corning glassprotection plates

quarz protection plate

in

tens

ity I

[cou

nts/

s]

Raman shift [cm-1]

no protection plate

������ ��� ���� ��������� �� ��� ������ ���������� �� ��� ������� �����������

�� ��������� �� ���� ��� �� ��� ���� � ��� �� ��� ���������� ������

��� ������������� ��� ����� ��������� ������� � ��� ����������

�� �������� �� ����� ���� ��� ��� ��� ������� ��� � ! �������

����� ��� ��� "����# ����������� �� ���� ��� ��� ���������� ���� ���

��������

����� �$% cm−1 �� ����� ��� � ��� ������� ���&���������� '��� ��������� ���

����������� ����� �� ������� ��( ��� ��� �� ��� �� ���� ���� ��� ����� ��������� ��

��� ������ ���������� ����������� � ���������� � ����� �� �� ������� ���������

)� ������ ��� ������������ ���� ��� ��� ��� ������� ��� � ! ���������� � ����

��� ��� "����# � ��� � ��� ������� ��� ��������� �� ��� ���� � ��� ��� ��������

�� � �������� �������� ������� � ��� ����������� ��� ������� ���� ��� �������

� ��� ��� ��� � ��� � ��� ��� � ���� �������� � ���� ��� *���� ����� �����

���������� ���� ��� ������� � ��� ���� � ��+�� ���� ���� �� � "����# � ��� ��

�� ���� ���� ���� ��� *���� ����� ����� �� ��� &���� �� ��� ��������� �� ���

���������� � ���� ,���� ��� ����� ���� �� ����� ��� ���� ���� ��� ���� � ����

�� �� ��� ���� ������� �� ���� ����� � ��� �������� �� ��������� ���� ��� � ����

��� � �� ��� ����� �� ��� ��������� ���- ��.������ ���� ��� ��������� ����������

����� ���� �� �� �������� ������ �� *���� ���������� ������ ��� "����# ������

/0

Page 77: In-Situ Raman Spectroscopy

� ����������� � ��� ��������� ����� ������ � ������ ����� �����

400 425 450 475 500 525 5500

15

30

45

60

75

ex-situreference

quarz background subtracted

inte

nsity

I [c

ount

s/s]

Raman shift [cm-1]

no backgroundsubtraction

������ �� ��� ���� �� ���� ���� � ���� �� ��� ���� ��� ������� � ������ �

���� �� ��� ������ �� ������� ������ ������� �� �� ������� ������� �

��� �����

��� � ��� ������ ��� ��� � � ��� �! ��� ���������� ������ ��� "#$%& ������

��� ����� ��� ��������! �� ��� ��������� ������ �� ������� �� ������� ����������

��� ���������� �� � ��!��� '�� � �� �� ������ ��� ���� � ������� ��������! ����

��� �������� (���� ��� ���� )�� �� ���� � �� ��� ��� ��� ���� ��� ������� �

������ �� ������� ���� ���� ��� ����� �� ������ ���

*������ ��������� ����������� �� ��� �������� ��� ��� ���������� ���� ���

+�, ��������� �� ��� � ��� ��!��� ��� ���������� ������ ��- ����� ��� (����

����� ��������� �! � )$, ��������� �������� ���� � ������� � ��� ���� �� �� ��

��' ��!��� )�� ������ ����������� ��� ���� ������ ��� ���� ��� ��� ���� .� ��

�� ���� ���� ����� ����� �� ��� ��� ��� ��� �/���������� )�� )$, �����������

���� �� �������� ������ ��� ������� ������� ������������ �� � ������� ��� ��� �

��� ���� �� ������ �� ������/��! ���� �� ���� ����� ��� �� ��� ����� ���� ��!��� ��� ��

� ����� ������������� �� ��� �!�������� /����� ��� ���� ������ ���� ����� ���

��������� ����������� �� ����/���

)� �� ���� � ��� ���� �� ��� ��������� �� �� ����� �� �� ����� ����� �� �/��!

����������� )�� ��������� �� ������ �� ��� ���������� ����������� ������ ����

-0

Page 78: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������� � ��������� �� ��� ����� � � � ������

300 350 400 450 500 5500

75

150

225

300

a-Si:HZnO/glass

in

tens

ity I

[a.u

.]

Raman shift [cm-1]

������ �� �� ��� ����� ����� ��������� �� � ��������� ��������� � ������ �

���� � �� �� ��� �� ����� � ������

������������ �� ��� ���� �� � ���!� ���� ���� ��� ��������� � ��� ������� ����"

��� �� ���������� �� ������������ �#���� �� � �� ��� $��� % ������ � � ��������

������� � � ��� ��������� � �������� � ��� ����������� � ��� ��� �������� ����"

��� &��������� ��� %'� ��������& ��� � �����(�� � ��� ��������� � ��� $���

��"���� ��������� %��� �� ������ �� ���� ����� ����� ��� $��� ��"���� ��������

�� �)������ � ������ ��������� ��� ��������� � �������� �� *�� � ��� ��������

� ��� ��������� � ��� ����� � ����� ��� ���� ��� � �������� � � ��� ���������

��������� �� ��� �����+���� �������� %�� ���� � ��� �������� �� ���� )������

�� �������� � ,������"-��� ���� ��� ���� � � ��� ����� ����� ��� ��� �����

��������� �� � �� �� ��� ����� � ������ .���� ���� �������� � ��� �������� � ���

������� ��������� � �������� � Isub,0 �� ���������

Isub(d) = Isub,0 · e(−α(λ)d) · e(−α(λ+Δλ)d) ≈ Isub,0e(−α(λ)davg). /��01

2��� d �� ��� ��������� � ��� ����� � ����� ��� α ��� ��� ���� � � �3����� ����

�� ������� � �� ��� ���� � � ��� ����� �!������� λ ��� ��� �!������� � ���

����� ������� ������ ����� ��� ����� � ����� �� �� ��� ������ �� �����������

�����!�� ����� �� � ��$���� ��������� d� 2���� ��� �!����� ��������� /davg1 ������

�� ����������� �����!�� �� ���� �� �+���� � ��0� �� �� ���������� �� � Rd ���

0

Page 79: In-Situ Raman Spectroscopy

� ����������� � ��� ��������� ����� ������ � ������ ����� �����

tdep �� ��� ����������

��� ���� ������ �� ��� ��������� �� ��� ������� ������ ��� ��� ��

����� �� ��� ���� �������� �� �� ��� �������� �� �������� ��� ����������

����� ������� �� � ���� ������� ��� �������

4.2 Estimation of the Errors in the Determination

of the Crystalline Volume Fraction

���� ���� ����� �� �� ���� �� �� ��������� ��������� ��� ���������

���������� ����� ��������

� � ������� ��������� �� ��� ���� �������� �������

� � ���� � ������������� �� ��� ������� ���������� ����� �� ����������

�������� ���� ��� ������� ����� �� ���� ������

� ��� ��������� ����� ���� �� ��������� ���� �� �� ��� ���� ����������

����� ��� ���� �� ������ ����������

��� ���� �������� ������ �� ������ ���� ��� ���� ���������� ������ !����

�� ��������� ��� ������� ���������� ���� �� ��� ��"����� �� ��� ����������

�� �� ������ �� ��������� #���� ��� �� �������� �� ��� ��������� �� ���

�������� ������ �� ����������

$� �� ��� ��� ��������� �� ��� ������� ���� ���� ��� ������� ����� �� ����

����� ��� ��������� �� ��� %�& ������� ������ �� ���������� �������� ��

��� ��� ������� ����������� � ����� �� '��� (�) ��� *���� ������ �� ���

%�&+����� ������� ��� ���� �� ��!��# �� ���������� �� � ���� ����� #����

IRSC ���� �� ������������ �� ��� �������� ���������� �� ��� ������� �� ���

�����

!���� ��� ��������� ���,����� α ��� �� ������� (�- ������� �� ��� ����

������� ����� ������� �� ��� ������� .����� ����� ��� �� �� ���������. �� �� ���

�/����� ������ ���� �������� � ���� �� ����� α ����� ��� ����/�������

4 · 104cm−1 �� 9 · 104cm−1 �� μ��!��# ��� ��!��# ������� ������������ #���� ��

������ α �� 6.5 · 104cm−1 ���� �� ������� �� Δα �� 2.5 · 104cm−1 �� ������

�� ��� ������� ��������� �� � ��� ����/��������

$� �� ����������� �� ��� ������������ �� ��� ���������� ��� davg �� ���

)(

Page 80: In-Situ Raman Spectroscopy

��� �������� � � � ����� �� � � ����������� � � � ���������� ����� ������

����� ���� � ��� ��� ���� � ���� ������ �� ������� � � ���� �� �� ���

��� ��� ������� ��� ��� ����� ��� ��� �� ��������� ����� ��� ��� � ���

�������� ��� � ���� ��� ��� ����� ��� ��� ����� ������� ��� ��� ��� �����

����� ��� �� ��������� �� ��� � ������ � ��������� ���� ������ ��

��� ���������� Δα �� α� ����� ��� �� �� �� ����� ��������� � � ���� �

�������� ��� ��� ������ ��� �� ���� ������������ ��� ������� �� �� ���

�������� �� ���� ����� ��� Is! � ��������� �������� �� �������� ���

ΔIsIs

=1

Is· ∂Is∂α

Δα =1

Is(−2davg ·Δα) · Is = −2davg ·Δα. ���!

"�� �� ��� ����� � �� ��� ������ ����� ��� �� �� ��� ������� �� ��� ���

�������� ��� ��� ������ ��� � ������ ��� �������� ���� ����� ��� ���

� ����� ����� ��� ��� � �������� �� ���������� �� ��� ����������� �� ���

������ ������� �� ��� ����� ����� ���� �� � ������ ��� � ������ �� �� IRSC

�������� ��# � �������

IRSC = 1− I480

I520 + I480= 1− I480

Itot. ��#!

��� Itot � ��� ����� ����� ����� ���� ��� �� ����� �� �� IRSC � � ������� �

���������

ΔIRSC =

∂IRSC

∂I480·ΔI480 = −ΔI480

Itot. ��$!

�� � ������ ��� �� ����� �� �� ��� ������ �����������% ΔI480% ��� ����

��� ��������� �� ��� ��� ������ ��� � σnoise! �� ��� ����� ��� �&& ��−1 ��

#&& ��−1 � ��������� ��� ��� �� ����� �� � � ������� � σnoise · I480�' � ������ ��� ��� ���������� �� ��� �� ����� ��������� �� ��� ������

(�� ��� ��� �� ������ ���������� �� ��� ��������� �� ��� �� ���� ������

������ ���� �� ��� ��)� ���� �� �� ����� ��� ������� �� � �� ��� ������

��� �� ���� � ��� �� �� ��� ��� � �� ��� ��� ��� ����� ���� �� ��������

�� (�� ���� �� ������ ���� ��� ���������� ���� �� � �����

$#

Page 81: In-Situ Raman Spectroscopy

� ����������� � ��� ��������� ����� ������ � ������ ����� �����

4.3 In-Situ Measurements of the Crystalline

Volume Fraction

�� ���� ������ ������ �� ��������� �������� � ������ ��� �� ��� ���

� � � �������� ������ � ��� � �� � ����� ��� ���� ������ � ��� ������ �����

� ������ �� ���� � ��� ����� ����� ����� �� ���� � ������ ��� �� � ��� ���

�� �������� �� ���� ������� �� � ����� �������� � � ������ �����

4.3.1 Crystalline Volume Fraction Determined During theDeposition of an Intrinsic μc-Si:H Film

������ �� ��������� � ��� ����� ����� ����� �� ���� ������ ��� ����� �

μ� �!" ��� ���� � ����� �� � ����� ��� ������ � ��� ������ ����� � ������

�� ���� �� ��� ����� � � ���� # ������ �� ����� ����� ����� �� ���� � �

������� � ��� ������ ��� �� � ����� ��� $ ���� ����� %����� &�' ( ����

��� IRSC ���������� ������ ������� ���� � � �� ���� ���� ��� �������� �

��������� �� ����� &�)�*� �� %����� &�' �( ��� ��� �� ������� ��� ������ ���

�������� �� ����� #� ��������� �� $� ���� * ��� ��� ����� ������ �� ��������

� ����� �� ���� ����� ���� $ � �������� ���� �� ��������� ���������

��� ������ ���� � �� �� ��� ������ IRSC ���� ������� ���� ��� ��������

���� ��+�� �� )�& �� , ������ ���� � � � � �� ����� ������� �� ttot � �'�, ��

��� -� ��+ �� .�/ ����������� ���� ����� ���� ������� � ����� &���

��� ����� ��� ��� ���� �� � ��� ����� ����� ����� �� ���� ���������� ��

���� ����� ��� ����� �� � � � �������� �� ������� SC� ��� ����� ����� �����

�� ���� ����� ��� ��� ������ &0 1 � ��� 20 1 ������ ��� ���� )00 ��� ����

����� �� �� ��������� � �� �� � ����� �� � IRSC �� � � � ���� ������� �����

���� ��*3 �)3 ��� �� ����� ������� ��� ��� ��� � � ������ ����� ��� � ���

�� �����-���� ����� ��� � ����� ����� �� ��� � � �������� ��� ����� �����

����� �� ���� �� ���� ������ �� ��4������ ��� �� 5�� �� ��� ����� �� � $

��� ����� � � ����� �� �� %����� &�' �(� # �� �� ����� �� ��� 20 1 � ���

'0 1 � ��� ��� �� IRSC �� �������� ��� ����� ����� �� � ��� $ ��� ����� ��

� ��� �� ��� ����� ������� �� ������� �� ��� � ��� ����� ����� ����� �� ����

�� ���� ������� ��� IRSC ����� ��� ���� �������� ���� � � ��� �� � ������

66

Page 82: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ����� �� ������� �� �� ���� ����� ����� �� ����

0

20

40

60

80

100

b)

crys

talli

ne v

ol. f

rac.

IRS

C[%

]

in-situ ex-situ

IIIII

I

a)

0 300 600 900 1200 1500 18000.50.60.7

SC

[%]

deposited thickness d [nm]

������ �� �� ������ ��� ������� ������������ �� ��� ����������� ������ ��������

�� � �������� �� ��������� ��� ����������

�� ����� ������������� ������ ��� ���������� �� ��� ������

!

Page 83: In-Situ Raman Spectroscopy

� ����������� � ��� ��������� ����� ������ � ������ ����� �����

�� �� ����� � � �� �� ��������� � � �� �� IRSC �������� �� �� � � ��

����� �� ��������� �� � � ������ ����� �� � � ������� �� � � ������� ����������

�� ������ ��� � � �������

���� � ��� � � ������ �� � � ������� ��� ��� ��� �� �������� �� ������

� � ��������� �� �� �� � ����� ����� ������ ����� � � �� �� ����������

� � ����������� ������� �� � �� ������� � �� � �� �� �� �������� �� ������ � �

��������� �� � � ���������� ������ ������� ���� ��������� ��� � � ����� ��

������ ������ � � ������� �� � � ������ �� �� � � ���� �� ������ ���������

!�� � �� ���� � � ���� �� � � ��� �����������! ��� ������� � � �����������

��� ������ ��� � ������� ��������� ����� "# �� � �� ����� � �� �� � �

����� ���� ��� ����� $# �� �� �%�&' ��� ������� ���� ��� �������

����� %���� � � ����������� ��� ���� ��� ��� � ���� ��������� �� ��" ��

� ���� ������� � �� � � ���� $# �� �� � � ���� �� ���� ���� ��� ����

������� �������� � �� ����� � � � � ��� � ��� �� (���� )�* ��� ��� ����

������� � � ����������� ������� �� � � ���� �� ���������� ��� � ���� ��

������ �� � � ���������� ��� �� $"� ��� +�� �� � � ,������-�� ���� ���

������� �� � � ���� ��� � � � � � ����� ������� ���� �� ����������� � � ������

������� �� � � ������� �������� � �� ��� � �.����� � � ���� � �� � � � ���� ��

��������� ��������� �� ���� ��� � ������� � �� ���� �� � � ����

4.3.2 Depth Dependent Ex-Situ Measurements

�� ������� � �� � � � ������ ������� �� � � ������� ����������� �� ����

��������� �� � � ��� �� � � �� � �� �� ������ �� ��� ������ �������

����� ������ �� � �/���� ����� ��������� 0� � � ��� ��� �� �� �� ��������

��� ��� �� ��� � �� � � ��1����� �� � � ���� ������ �� � � ������ �������

�� �� � � 2�34+ ������� ����� �� � � ����� ����� �� ����� ����� ��

����� � � ���� �� � �%�&' ���� ���/�����

5��������� �� � � ��1����� �� � � ���������� ����� � ��������� �/��

���� ������� � � �.����� �� ������� ��� ���� ���� �� �.����� �� �� � ����

��������6����� � �� ��� � ����� ���� ���� ���� � 5� ������ �� %������

"�"�" ���� ����� �� � � ���� �� �%�&' ������ �� ������� �� � � ����������

������ ������� �� ����� ������� ����� �� �� � ��������� ��� � �����

�� �������

78

Page 84: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ����� �� ������� �� �� ���� ����� ����� �� ����

��� ����� ������ � � � �� ��������� ���� � ����� �� � �� ��� ������

��� ��� ����� ���� � �� �� �� ����� ������� � ��� ������� �� �����

���� ��� ��� � ��� �� ��� � � � � �� �� ����� �� � � �� �������� �����

�� � �� ��� ��� ���� � ���� �� ���� ��� ���� ����� ��� � � ���� �������

�� ����� �� ��� � !"� #����� !�$ ���� ��� ����� ���� � ��� �� ��� ������

��� ��� ��� %� ��������� �� �� � ������ �� ��������� �� ��� �� � ���

1.4 1.6 1.8 2.0 2.2-600

-400

-200

0 layer surface

etch

ing

dept

h [n

m]

position on substrate [mm]

#����� !�$& '���� ���� � �� ��� ������ ��� ����� ���� %� ���������

�� �� � ������ � � � ���������� � ���� �� ��� �� �� �����

�� � ��� ����� ��������� ����� ��� ��� ��� ����� ��� ����

�� ���� � ����

�� ��� �� �� ������ � � �� ��� ����� ������ ����� ��� ��� ��� ����� ���

���� �� ���� ��� ���� �� ���� � � �� ���� �� #����� !�(� ����� �������

�� ��������� ���� � ����� �� ���� !$$ �� ��� �� ��)������ � ��� *+, ��

���� �������� -���� ��� � � � �� ������� ���� ������ �� ��������� ��� ��

������ � ���� �� ���� � �� ��� � �������� ��� ��.����� � ��� � ���

����� � ��� ����� ��� ���� �� ���� ���������� ��� ��� � � � ������

� � �� �������� �/(0 /$"� 1� � � �� ���� �� � �� �� �� �� �������� � ��� ���

���� � � � '����� ��� ����� �� �� � ��� �������� ��� ����� �� � IRSC �� �����

������� ��� ��� ������� � � � ��� ����� ����� �� � IRSC �� � � � �������

/

Page 85: In-Situ Raman Spectroscopy

� ����������� � ��� ��������� ����� ������ � ������ ����� �����

������� ����� �� ��� �� ���� � ��� ���� � �� ��� � ��� �� �� ������� �����

����� �� ���� ���� �� ��� � �������� � IRSC ��� �� ���� ������� �������

�� ���� ����� �� �� ������� ����� �� ������� ������������ ����� � � �

����������� � ���� ������ � ��� �� �� �� �� � ���� ��� �� ������� ������� �� ��

� �� �� ������ � � �� ������

4.3.3 Comparison of Ex-situ and In-situ Measurements

�� ��������� �������� ��� � ��� ������� �� ������� ��� �� ������� ���� �����

�� ��� � ���� � �� ��� ���� �� � �� � �� �� ������ � � �� ����� � ������� �

��� ������� ������� �� ������� ������� ��� �� �� �����!���� ���� ���

�� � ������ ���� �� � � ��� ��"������# �� $���� ����������� ����� � ���

��%����� �� ����� � ��� ������ ��� ����� �� �� ����� ������ � ��� �� � ��

�� ���������&��� �� ��� �"��� ��� � � �� ��������� � ��������� '��������� �� ����

� � �������������� (��� ��������� �������� ���� �� �� � �� ���� �������� �(

����� ������� �� �� �� ����������� � ��� ��� �� �"��� � �� � ��� )���

��� �� �� � �������� �� �� �������� )��� � ��� ������ �� � ����� ��"������

�� �� � ����� �� �� �� � ���� � � �� $���� ������������� *� +���� � ,�-

�� ����������� � ���� ������ � �� ���� � �� ���� �� � ��� �� ����������

������� ��� ������ ��� ��� �� �� ���� � �� ������ �� ��������� � ���

�� � ������ ����� ��� ��� ������� ��� �� �� � ��"������ ������� ��

������� ��� ������� �������� .���� �� ��� ��� ��������� ������� �� ������� ��

�� ��"������ �� ��� ����� � ���� ��� � �� �� ������� ����� ��������

� ��� ��� ��������� ������� �� ��"������� *� �� ���� ����� � � �� ����������

��������� �� ���� -�/ �� ������� �� ���� �� �� ������� ������������ � � �

��� � ������� �� ����������� � ���� ������ �� ������� ��� ���� � � �0������

� 4·104 cm−1 ��� 8·104 cm−1 � � �,1 �� ��� -22 �� ��� �� μ��+�#. ������������

3,45 6�7 �� ��� ������ ��� ����� � ����� ��� �1� �� ��� 8, ��� �� IRSC ��

��������� �� ������ � �� �� ��� ����� ������ �� �� ��� ���� �� *� ����

-�6 �� ������ �� � � ����� ��� � ������� ������� �� IRSC ��� ��� �� ��� ���

�� �� ��������� ��� � �� ������������� ��� � ����� ��� ����� � ����

������� ��� �� �,1 �� ����� �� �������� ����������� � ���� ������ � ���� ��

��� �� ��� ���������

9�� � ��� ��� ���: � ���������� ������ �� ��� ��:� ����� ����� �� ��������

/4

Page 86: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ����� �� ������� �� �� ���� ����� ����� �� ����

fraction probedby 488 nm laser

cr

ysta

lline

vol

ume

frac

tion

IRS

C

thickness d

fraction probedby 532 nm laser

top of the film

������ �� �� ������ �� � � ����������� ������ �������� �� � ����� ��� � ��������

�������� �� IRSC � � � ��������� �� � � ����� ������ �� � ��� �� �����

��� � �� �� ����� ��� � ��� �� ���� ��� ����� �������������

�� ���� ��������� �� � ������� ��� � � ��!������ �� � � �"#���� ��� ��#���� ��������

$� ��������� �� ������� � � � ��� ��������� ��� �������� �� �� ����������� ���

� � �����%���� ���������&����� �� μ�#��' ������� � �� ����� � �� (��������

� ��� ��������� ��� ��� ���� ��������� ������ � � ��#���� ������������ �� � �

������� �������� �� � � �����( � � �"#���� IRSC ����� �� ������ � �� � � ��#����

�������� ����������� ������ ��������� ����� � � ������������ ��� ���� ����� � �

��� ������� ��������� ��� ��� �� � � ������ ��� � � �������� ��!������ �� � �

��#���� ��� �"#���� �����

� � ������� ��������� �� � �� ������� � �� � �� � � ����� ��������� ��#����

)���� ����� �������� �������� ����������� ����� � � ����������� �� � �����

������ ��� ����������� $� �� �"������� �������� ���������� �� ���� � �� * � � �

����������� ������ �������� ��� ���������� ��#����� � � ��#���� ������� ��� �� �

���� ���� ��������� �� ���� ��������� ������������ ��������� �"#���� �� ��

��� �������

+,

Page 87: In-Situ Raman Spectroscopy

� ����������� � ��� ��������� ����� ������ � ������ ����� �����

4.4 In-situ Study of the Initial Phase of Deposition

�� ���� ������ ��� ����� ����� � ��� ������� ����� � ����� ��� ������ ����

� �������� ���� ���� �������� � ��� �������� ��������� �� �������� ���

�������� � �������� ���� ����� � ��� ���� ����� �� ������ ������� ��

����� � �������� ��� ����� �� �������

4.4.1 Increase of the Depth Resolution

��� ������ ���� � ��� �������� � ��� �� �� ���� �� � ���� ��������

���������� ��� �������� � ��� ���� ��������� ��� �! �" ��#� $� ������ ���

������ �������� ��� ��������� � ��� �%�&' ������ �� ������� �� �����

��������� ���� �� ��� � ��� ��� ��� � ����(�� ���� ����� ������ ������

������ �%�&' �������� � ������ �� ������� '���� ����������� ���

���� ������ )��� � ����� ���� ��� ����) �� �������� ���� ������ ��

�%�&' ���� ��������

%���� ��� ������ ���� � �������� �� ��������*�� � � ������� ����������

����� ������ ������� +�� ���������� �� ���� ���� �� � ����� ���� �����

��� ��� � ��� �������� ������� ���� ����� ������� � IRSC �� �(������ �

���� ������ ��� �������� � ��� ,��� ∼ 100 nm� '���� �� �� ���,��� � ���

���� ��� ����� ��� � ��� ��������� ���� � ������� ��� ��������� � ��� ����

��� �� �������� ������ �� ������� +�� ���������� �������� ��� �� �����

���� �� ����� ��� ������ ������ �� �� %����� -�. �� ������ � ���

������������� ������ � ����� ��� � ���(������ /�0 12��

4.4.2 Influence of the Substrate on the Initial Phase ofDeposition

� ����� ��� ���������� � ��� IRSC � ��� ��������� � �������� ������ �����

����� ���������� ����� ������ �� ����������� 3����� -�.4 ���� ��� +��

����� � ����� ������� �������� ���� �������� ����� ����������� 5SCp6� ���

�������� � ��� ������� �� ������*�� �� � �� -�.� ����� ������ ���� ���

����� ������ ��� ������ ��� �� ���� � ��� ��������� ���� ��������� %���� ���

!/

Page 88: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������ ��� � ��� ������� ����� � ��� ���� �

420 450 480 510 540 5700.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0low SCp

In

tens

ity I

[a.u

.]

Raman shift [cm-1]

amorphous SCp

high SCp

������ ��� � � � ����� �� ∼ 20 �� ����� ��� ���� �� � ���� ��������� ����

�������� IRSC �� ����� ����� �� ��������� � ��� ���������� ������ ���

���������� �� �����

� ���� �� ������� ���� �� ����� ��� � ������ ���� ���� �� ! � �� ����

��� ����� � � ���� �� ������ ��� ������ �� ����� �� ��� ���� ������������ ���� "�

IRSC �� #! $ �� !� $ �� ����� ��� ��� ��� ��� �� ���� %& ��� ���� ��������'����

(�� �������� �� ��� ��� ��� ��������� ���� �������� ������� ���������� �����

�� ����� ����� ������������ ����� # cm−1�

(�� IRSC �� ��� ��������� � ��� ������ ���������� �� ���������� ���� � �����

�� ���� ���� �� � �� # ������ ������ (��� ������� �� ������ � ���������� ��

∼ 27.2 �� (�� ���� ������ ���� ���� � � ������ �� ����� �� ��� ���� �����������

������� SCp � IRSC ������� SCI � �� IRS

C ������� �

�������� )�# ��*

���� %& �+ #! ��* #

��� %& � � !� ��, +

( ��� ��� -��������� �� ���������� � � ������ �� ��� ��� ���� �� ��� ���� �����

��� �������

,+

Page 89: In-Situ Raman Spectroscopy

� ����������� � ��� ��������� ����� ������ � ������ ����� �����

����� ����� � ������ ��������� ��� �� �� ���� �� � ������ �� ������� ���

�� ��������� ������ ���� �� Rd �� ��� � ��� ���� �� ������ � �� ����

�� ������ ������ �� ������� ��������

����� ���� ��� �� IRSC ������ �� �������� �� �������� ������ �� �����

0 10 20 30 40 50

0

15

30

45

60

75

amorphous SCphigh SCp

deposition time t [min]

crys

talli

ne v

olum

e fr

actio

n IR

SC

[%] low SCp

0 100 200 300 400 500 600 700

deposited layer thickness d [nm]

����� ����� � ������ ����� �������� �� �������� �� � ����� ������ �!

�������� �� �� � �� ����� �� � " ������ ����� ����

�!�� � ������ ���� � ���� ���� ������������ #���� SCp$% �

��� SCp ��� �� �������� SCp�

�� ������ �!�� �� �� ���� ������������ #SCI$ �� ��� �������� �� � �!

������� �� ��� ���� �� ���� ���� �� SCI �� �� &�� ������ �� �� ���

SCp �!�� � � ������ ����� ��� �������� �� ������ ��� ��� �� ��������

������ �� ����� ���� �� �������� �� ������ ������� �����!

���� �� �� ������� ��� ���� �������� �� �� �� ��������� �� ' ��

��(��� ������ �

)� � ���� �� �� &��� ���� ������� � ������� ������ � �� � �� ��*

����� +, ��� �� ∼ 450 �� ����� � �� ������ ������������ � ����� �� ��

-���� ������ �� ����� �� �� ���� ������ IRSC . , / 0��������� ������

����0 � �� �� �� ��� �� �� ������

�� �������� � ��1��� ��� �������� �� μ�!'��2 � �� �� 3 ����

��

Page 90: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������ ��� � ��� ������� ����� � ��� ���� �

�� ��� ������ IRSC ��� ���� �� ��� � ���� ������ ����� �� � �� �������

�� ��� ���� ��������� �� ��� ��� SCp ����� ��� ������ IRSC �� ��� ����

��������� �� ��� ���� SCp ���� �� ���� �� �� � �������� ������� �� IRSC

�� ������� �� ���� ����� ������� �� � ���������� ����� ������� �� �����

!" � ��� !# � �� ��� $��� ��������� �� ��� ��� SCp ��� ��� ���� SCp �����

������������

��� ������� ������� �� ��� ���������� ����� ������� ������� �� ��� ���

$��� ��������� �� �������������� � ����� ���� �� �������� �� ��� ��������

�� ������������ ������� �������� ���� ���������� �� ���� ������� �����

���� �� ��� μ� %�&' � ����� �� �(������ �� ��� �� ���� ����� �� ��� ��������

���� ������ ��� ��)���� �� ������ �������� ��� ��� ������� ������ ����

��� ������ ����� ������� �� *������� +�"", ���� �� �� �(��������� �� ���

������� �� IRSC ���� ��� ������� ������

-��� �� ��� �������� ����� ���� � ��������� ���� ������� �� ��� IRSC ���� ���

������� �� ��� ���������� �� ��������� ����� ��� ������ ������������ ����

��� ��� ����������� ��� �������� ��)����� ���� ���� �� ��� ����� �� ��� �����

������� �� IRSC �� ��� ������� ���� �� ��� ��� IRS

C � ���� ��� ��� ���� IRSC

������ ��� ������� ������ ��)����� �� SCI ����� �� ��.���� ����� ������ ��

���������� �� ��� ������� IRSC �������� ���� ��� ������� ����� �� ����� ��

���������� ��� ���� �� �� ��������� �� ��� ��.���� �� ��� ���� ����� �����

�� ������ �� ������ ����������� +�"� �"� �"� �"/ �"� �"! �"#,� 0�������

��� ������ IRSC �� ��� $�� ��������� �� ��� ��� SCp � ���� ���� � ��� SCI

���� �� �(������ �� �� ������ ���� ��� ������ IRSC ������� �� ��� ����

SCp �����

4.4.3 Controlling the the Initial Phase of Deposition

1������� ������� �������� ����� ��� ������ ���� �� �������� �� ����

�� ������� ���� ���� ���������� ��� ���� ������� ����� ������� �� ���

��������� �� ����� ���� ��� ���� ������� �� 2��� /��� �� �(������ �� ��� �� �

���� �� ��� �(������� �� ����� +�"3,� '���� � �������� IRSC �� ��� �4� ��������

���� �� ����$���� �� ������ ���������� 0�� ��� �� ������ ��� ��������� ��

��� IRSC �� ��� ������ ������ �� ��� ������ ������������ ���� ��� ������� ����� ��

����������� %����� �(�������� ���� ���� ����� �� ����� �� ��� �������5�����

#�

Page 91: In-Situ Raman Spectroscopy

� ����������� � ��� ��������� ����� ������ � ������ ����� �����

20

30

40

50

60

70

crys

talli

ne v

ol. f

rac.

IRS

C [%

] controlledincubation

0 10 20 30 40 500.20.30.40.5

controlledincubation

b)

SC [%

]

deposition time t [min]

a)

0 100 200 300 400 500 600 700deposited layer thickness d [nm]

������ ��� � ����������� ������ �������� �� ������ ��������� ���� ��� �������

�� ���������� �� ��� ������ ������������� ������ ��� ������� ����� ��

�������

� ������ ������������� ������ ���������� �� ��� �������

�� ��� ������ �������� !" #$%� &��� ������ ��� ������� �� ������� ��� �������

����� �� ���������� �� ��� ��������� '�� ��������� �� ��� ��� SCp ������ (� ������

�� � ��� IRSC �� ������ ���� ��� ������� � ������� �� ��� SC ������ ��� �������

����� �� ���������� �� ��������� ������ �� � ����� ��� ������ ������ �� ���

������ �������������� ������ ��� ������������ (� ��� �� ���� ���� ��� �������� ��

IRSC ����� ��� ��������� �� ���������� �� ���������� �� ���'���� ��� ��� )������

��� ����� ��������� ���� �������� �� ����� � ������� IRSC �� * + ���� �������

�� ������� �� ∼ 38 + ��� ��� ����� ��������� ���� � ���������� ������� ����� ��

������� , ��������� �������� IRSC ������ ��� ����� ��������� ����� ��� ��� ���

�������� ���� ���� ������� -� ������� ������.��� ��� SC ���'�� ���� ����� ��

�� ���������

/0

Page 92: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������

4.5 Summary

�� ��� ����� ���� � � ����� �� � � ��� �� ��������� ����� �������

����� ��� �� ��� � � ��� �� ������� �� � � ��� IRSC ������ ����������

����������� ���� ������ � �� ����� ����� ��� � ����� ��� �� �� ��

���� ����� ��� �� �� � �� ���� � �� ��� �� �� ���� � �������� � �

� ��� ��

�� �������� �� �� � � ������� �� IRSC � ��� �� � �� �� � ����� � ��

������ �� �� � ���� � ���� � ����� �� � �! � � ����� ��� � �������

������������ ������ "� ��� ���� �� ������� �� �� � ���� � �� �� ���� ��

�� ���� �� �� ���� �� � ����� ����� � ��� �� � �� �� ���� �� �� � �����

� �������� # �� �� � ���� � �� ���� � �� ��� � ���$ � ��� �� ���� �

%� �����

������ ���� � � ����� � ��� � ����� ���� � � ����� � ��� � �� � ��

����� "��� �� � �� �� �� ��� � �� ����� �� ��&�� ��� �� �� � ������

��� � ��� ���� �� ������ � ���� � ����� �� �� ��������� ����� �������

'�� � ���� � � ( ���� )�)�)' ��� ��� �� � ��� �� � � � �� ��� (�� ��

����� � ������� �� �� ��� � � � ���� �� ���� �� � � ����� �� ��� ����� ����

� � ������� �� �� ������ � ���� � ��������$���� ��� � ��� � � � �� ����

������ ������� �� �� ������ *�� � � ��� ����� �� ��� �� � ��� �� �� �

��� � ��� � ���� �� !+) ���

�� ������� ���� ��� �� �� � ����� �� � �(,# ��� � ��� ���� �

�� �- � �� �������� �� � ������� ��� �� �� �� ��������� ����� ������� ���

��� �� � � ��� ��� �� �� ��� ����� �� ����� �� ��� �� �� ��� �� �� ���� ��

���������� �� ����� ��� ���� ����� � ������

Page 93: In-Situ Raman Spectroscopy
Page 94: In-Situ Raman Spectroscopy

5 Influence of a Process Instabilityon Layer Growth and Solar CellPerformance

�� ���� ����� �� ������� � � �� ������� ����� ��� � ���� � ���

����������� �� �������� �� ����� � � ��� �� ��� ��� � ��� �� ����� �

� ���������� � �� � ��� ��� � � ��� ������� ���� �� ������ ������ ��

�� ������� ����� �� ���� � ����� �� ������� ����� ���� �� � ��� �

��� � � ���������� � ��� ������������ �� �� ����� � ��� � � �� ��� � ���

5.1 Influence of a Process Disturbance on the

Plasma and the Growing Film

�� ���� ���� � � ����� ������ � � � ���������� � �� ��������� ����

�� ��� �� �������� �� ����� � � �� ����� � � ���� � � � ����� � ��

� ��� ��� � � �� �������� �� �������� ����� � � �� ���������� � ���

������ � � �� �� ���� ��� �� �������

5.1.1 Design of the Experiment

�� ����� � ������� �� �� �� � ��� � ����� �� � � �� ���� ��� ���� �

��� �������������� �� ��������! �� ����� ��� �� ��� �� ��� � ��

����������� " � �� ������ � � �� ������ ����� ���� ���� ����������

�� ������ #��� �� � ������ � ���� ����� � �������� � ��� ����������

� ��� ������ � � � ���� �� ��� $� �� ���� ������ �� ����� ������ � ���� ��

%&

Page 95: In-Situ Raman Spectroscopy

� �������� � ����� �� ������� �� ���� ������ �� ���� ���� ���������

��� ����� �� ��� tdis� �� ������� wdis� �� � ���������� ���� �� ����� ���

������������� �� ����� �� ��� � �� ���������� ��� ����� �� ��� ���������� ��

����� ���� ����������� ������ �� ��� ����� �� ��� ���������� �� ��� ���������

����� �� ��� �� � ��� ����� �� ��� �� ��� ���������� �� ���� �� ��� ���

����� �������� ��� ��������� ����� ��������� �� ����� ��� ���������� �� ����� ��� �

��� ������ ��� �� �� ��� � �� ��������� ��� ����� �� ������� ����� ���

���������� ������ ���� � ������ ����������� � �!" ������� ���� �� �������

����#���� �� $% �� ��� ������� �� ������� �� ������ ��� ����������� �� ������

����� ���� �� ��� ��� �� ��������� �������

&����� '�( ����� ��� ������ �� �� ����� )�� ����� � ������� ����������

��� �������� �� ��� ��� )��� ������� �� � ���� �� ��������� ����� ��� �� � �!"

����� ����� �� ������� �� ������ $�$ �� $�(� *� ����������� ���������� �� ���

����� ������ �� ����� ��� �� ���������� ��� ������ )�� �� � ������ �� (�+, ��� �

��� wdis �� (-% �� *� �� ������� ������ ���� �� ' ./� ���� ������� �� �������

0% � �� ������� ����� ������� 1� �������� tdis ��� ���������� �� ����� ���

�� �2����� ��������� ������� ��� �/� �� ��� �/� ����������

5.1.2 Reaction of the Plasma Composition to a Change ofthe Source Gases

�� ��� � ��� �������� �� ��� ����� �� � ���������� ��� ������� ������� ���

����� � ����� � ���� �� 3� &����� '�$ ����� ��� ����� ISC� �� ����������� �� �

�"∗ ���� �� +(+ � �� ��� �� ����� ���� ���� �� +-, �� ���� ����� �� #���� ��

�� ������������ �� ��� ������ ������������� ���� � � 45367 ����� 8(+� ('� (,�

(9:� ��� ������� ��� �� �������� ��� ����������� ���� ����� � ���� ��� �����

������� �� ������ $�;�$ �� �� ����������� ��� �� ( � �� ��� ������������

����� ������� �� � ������� ���������� �� ' ��

��� ����� �� ������ �� t = 0 �� *���� (-% � ����� �������� ISC �������<��

�� ������� %�9$� ��� ������� ����������� �� ��� ������ ������������� �� � 45367

����� ��� ���� ��� �� ��������� �� �� ��������� �� ��� �2����� �� ������

�������� ���� ��� ����� <��� ��� ��� ���� �� ��� ������� ����� 8(%%:� *����

;%% � ��� SC ��� �������� ��� (�%' = �� '% = �� (�', =� * ���� �������� �� ISC�� ������� � *���� � �������� ��� �� ������� (% � ISC ��� ������ � ������� �����

�� ����� %�-(� ���� ���� �� ��� ������ �� ��� ����� ���������� �� ���������

-%

Page 96: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������� � � ���� ���������� � ��� ����� ��� ��� ������ ����

0 250 500 750 1000 1250 15003.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

sila

ne fl

ow [s

ccm

]

time t [s]

320

340

360

380

400

hydr

ogen

flow

[scc

m]wdis

tdis

������ �� ��� �� �� �������� ������ � � ���� ������ ���������� ���� �

��������� � ������� ��� �� ��� ������ �������� ��� ��� �� ��� �� ���

��� ��� �� � ���� �� ��� ��� � � � ����� �� �������� ���� ���

�������� �� ��� ������� ��� � � �� ! �����

�� ��� �� ����� ��"�� �� " �� ��� ����������� �� � ����� �� ��� � � ��� �� ��

��� ��"� �� � #�� ��� ��� � � "�$���� �� ��� ���������� �� "��� �� �� ��"�������

���� ���� ��� ������� � � ��"� ����� ����� �� ���� �� ISC ������ ��� �� �"

�"������ �� ����%��� & ��"�� ��� � �� �� ����� �� ��� �� �" �� �� ��� �� � �

��� ���� �"��� �� ����� ����� �� �����!�� ���� ��� �' �� ������� ���� �� ��

5.1.3 In-situ Raman Measurements During a ProcessDisturbance

(������ ) " � ������������ �*��� � � �� �������� ����� ��� �������� �� ! ���

���� �� ������� ���������� �� ��� ����� ����� !���"� �� ����� �� ������� � ����

+���� ��� ��"��� ���� �� ��� �����" ���� � ���� ���" ,-� �� ������� ) " �

������������ �� ���� ��� ��!����� ���� �� ��� ���������� ������� ���������� ��

��� ���������� �� �" �� ��� ������� .�"�

�� ��� �� �����" ���� ���� ��� �� ����� �� ��� .�" �� ��� �� ��� �� ��� � �

Page 97: In-Situ Raman Spectroscopy

� �������� � ����� �� ������� �� ���� ������ �� ���� ���� ���������

0 120 240 360 480 600 7200.70

0.75

0.80

0.85

plas

ma

emis

sion

ratio

I SC

time t [s]

1.0

1.2

1.4

1.6

sila

ne c

once

ntra

tion

SC [%

]

������ �� �� �� �� �� �� ���� ��� �� � ���∗ ���� � ��� �� ��� �� ��������

�� � ���� � ��� �� �������� � �� ������ ������ �� ��� ������ �

������ ���� �� ������ ������ �� ��� !�� ��"�� �� �� �������� ��

������ ������ ��� #�!�

������� ��� � � ���� ������� ������ ��� ��� ������ �$�����$�� �� �% ���� ��

�� � � ���� !��� �������� �� !���� ����� � �� � ������� ������ ��� �� ����

&� �� �� ���������� � !��� ������� �� !� � �� ������ ��� ��������� �� ����

&��� ������ ��& ���!� �� ��$�� � IRSC �� ������� ������ � ������ ��� !� � � tdis

�� ��% �' !���� ����� � �� �����(��� ��� ��% �� �� ������ �� )�� ��� � wdis ��

��% �� �� )�� ���*���� �� �� ����+�� �� �(�� �� �� )���� !�� ������� �� ����

�� ������ ��� �� � �� ��� ,-� !���� !�� �� ������� ����� �.�� ��� �� ��� ��

��� �����/�� �� ���� � �� �� � �*�� ���*� �� ��$�� � ���������� � ���! ��

�������� �� IRSC � �� ��������� �� ���! � !���� �������� � �� �(��� �� �������

�������� �� IRSC � ���� �� ������ ��� ����� ���� ��������� �� ��� ��� ���� 0� ��

���� ��% �� � � ���� IRSC �� ∼ 60 1 ��/������� �� �������� �� SC � tdis ��

�����!�� �� � �������� �� �� �������� IRSC � � ������� �� ���� �2 1� 3���

SC �� ��������� ����� �� IRSC �� �� ����� � �� � � ����/�� � ���� �� 1�

�� �� � �� IRSC �������� �� � ���� ��� � �� �������� �� SC �� ��!�� ���

�� �� � �����/�� �� �� ���������� SC� 0��� �� �����/�� )��� IRSC �� ��!�� ���

Page 98: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������� � � ���� ���������� � ��� ����� ��� ��� ������ ����

0 250 500 750 1000 12500

15

30

45

60

75cr

ysta

lline

vol

ume

frac

tion

IRS

C [%

]

deposited thickness d [nm]

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

sila

ne c

once

ntra

tion

SC [%

]

0 500 1000 1500 2000time t [s]

������ �� ��� ������� ������ �������� ��� ����� ������������� ������ ���

������ �� � ����� �� ����� � �� �������� �� ��� ����� �������������

���� � �������� �� ��� �� ���������� ����� ��� �� ���� ������

������ ��� �� ��������� �� ����� ��� �� ��� !���� ����� ������� � ��������

���������� ���� ������ ��� ��� �� ��� ���� ����� ��� �� ��� �������� �� ��� ���

����������� "���� ��� ����������� �� IRSC � ������ ����

� ���� ��� ��#����� �� ��� �������� �� � �� �������� �� ��� ������ � ��

IRSC ����� ���� � wdis �� $� % ��� ��� �� ��� � tdis �� ���� ���� ���� �����

&� ������ ��� ��� ��' ��� !���� ��� ���������� �������� ������ ��� � ���� �����

��� ��������� �� tdis �� ���� �� ��� �� ����� $�� �� �� ���� ���� ����� �����

�� ��� �� ��������� (����� ��� ������ �� SC �� IRSC �� �����)������� $* + �

�� ����� ��� ��� ����� � , ��� �� ������ �� ��� ��� ������� ������ ��������

���� �� ������ � ���� SC � ������ ��� �� ���� �� ��� ������ � �� ��� IRSC

����� � ������ ��� ��� ����� ���� ����� �

�� ������� �������� ��� ������� ������ �������� ���� ���� wdis� ��� ���

wdis �� �� ��� !���� ������ ��� � ���������� �������� -�� ������ ���

��� �� ��� �� ��������� �� ��� ������� �� ��� -�� ���� .� �� �������� ��

� ����� �������� ��� ��� ����� ��� �� � ��� ������� ������ �������� �� ��� ����

SC � ������ �� ������

Page 99: In-Situ Raman Spectroscopy

� �������� � ����� �� ������� �� ���� ������ �� ���� ���� ���������

200 400 600 800 1000 12000.6

0.8

1.0

SC [%

]

deposited thickness d [nm]

15

30

45

60

75

1 min Step 3 min Step 5 min Step

crys

talin

e vo

l. fr

actio

n IR

SC

[%] 500 1000 1500 2000

time t [s]

������ �� ��� ������� ������ �������� ��� ����� ������������� ������ ���

������ �� ����� �������� ����� � � �� �������� �� ��� ����� ����

���������� �� ����� �������� �������� �� ! "# ��� $ % ��

�&&���� ����� " � �� ��&� ������

����� ��� SC � ������ �� ��� IRSC �� ��� ����� ����� � ���������� ������

�� ����� ������ ��� �� ��������� '� ������(� �� ������� ) ��� ��� ��� ��&� ��

���� � � ��������� ����� ��� ����� ��� �� ��� *���� ����� � ������� ������

��� &�� � �� ��&� ������ +���� ��� ����� �� IRSC ������ � ���� ��&� ����� �����

,� ������ �� ��&����� �������� ��� ����� ��� -���� ��� ���&������ �� ��� � ��

������ ��$ ��� ��� ���� �� ������ ���

5.1.4 Discussion

'� �� ���� ���� �� ��.� ������ ��� ��� ����� ������ �� ��/� � �� � 0���������

�� ��� ����� �� ���&� ����� ���� ��� ��� &�� �� ���&� ������ ,���� ��� ���

&� ���� ��� �� ��� ��� ��������

� �� �� �� �� 1������ � ��� &��� �� � ����� ���� �� ���� ����� &������ ��

&������ � ��� �������� ��� � ���������� ������ �� ������ ��� ��� � 2�� �� ���

#

Page 100: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������� � � ���� ���������� � ��� ����� ��� ��� ������ ����

������ �� �� ��� �� ��� ������� ��� ������ ������� �� �� ������ �� ���

������ �� � ���������� ��� ��������� ����� �� �������� ��� � �� � ���

� �� �������� �� �� ��������� ��� � �� ������� �� ��� ������ �� �� ���

�� � ��� ��� ����� �������� ��� �� �� �� ��� ���� ������� �� �� ������ ��

������ �����������

��� ��������� ������ ������ ��� � �� ����� �� ������� !�� ���������

�� "����� #�$�%! � ������ ������ �� �� ������ �� �� ������ %#� �� �����

�� �� �$# �� �������� ���� ����� �� ���� �� �� ����� ������ �� � ����

���� �� ������ � ��������� ����� &���� ����� ��� ��� � ������� IRSC ��

�� �������� ���� �� �������� ���� ��� � �� �� � �� �� ��' ()� ��

�������� �������� �� ��� ��������� ������ �� ������ #* ��� +� ���������

�� "����� �% �� ������� &���� ����� ������ � ��� ������ �� ��� ����

������ ������� ,���� � ���� ���� �� �� �������� ������� �� ������� ��

� ��� �� ��� ���� �� � ������� � �� ��� ���������� ����� �� ��� � �

��������� ������� �� IRSC ����� �� ��������� ����� �� �� �������� SC�

"���� ���� %'* �� �� �� � �� � wdis �� $** � �� ��������� ���� �� ���

���� �������� ���� ��������� �����-�� �� �"�., �� � ��� ������� �

�� ������� ������ ������� ����� �� ���� ������ �� ��� �� �����������

/� ���������� ������ &���� ���������� ��� �� �� ���� � ������� ��

�������� ������ �� �� �� � ������ � � ������ �� ��������� ����������

��� ���������� �� �� ������ ���� ���� ������ %* � � �� �������� ���

�� �� ��� � �� ������ �������� �� $� � ��� �� ���� ��������� ���� ��

%#� �� � ���� ������ �������� �� ��� �� �� �� � ��������� ��� ��

������ �� �� �� � �������� ��� �� �� �����

0��������� ������ &���� ���������� ������� �� �������� �� � ����

�� �������� �� ��������� ������� �� �� �� � �� � ����� + �������� ���

������� ��� � ���� ��� � ������� �� IRSC �� ������� ������ �� �� ����

�� �� ������� ��� � �����1��� ������� �� �� SC� �� �� ������ ��������

�� �� ��������� � �� �������� � ���� �� ������ ��������� �� ������

&���� ���������� ����� � ���� ������ �� �� ���� �� �2����� 3� �������

��� SC � �� ������ ����� �� ��������� ������ ������ �� �������� ��� ��

��������� ���� �������� � �� ������ IRSC � ���� ������ ��� �� �����-��

�� ������� �� ������ �� � �� ��� ���� � �� ��������� ������ �� SC ��

��� ������ ��� ��� ������� ����� ��� �� ���� �� �� ���� �� �� �����

'�

Page 101: In-Situ Raman Spectroscopy

� �������� � ����� �� ������� �� ���� ������ �� ���� ���� ���������

������� ������

5.2 Influence of a Process Disturbance on μc-Si:H

Solar Cell Performance

�� �� � ���� �� ��� ������� �� ��� ��� � �� ��� ����� �� �� � � ��������� ��

����� � �� ���� � ��� � � �� � ���� � ������� ������� � � ��� ���������� ���

�� ��� ����������� �� �� ���� � ��� ���� ��� � ���� �� ��� ����� �� ���

� ��������� �� ��� ������������ �� �� �� ���� ��� � ��������� �� ��� ������ ��

����� ����� �� ���� ��� ��� �� � ��� ���� ��� ���� ��

5.2.1 Influence of the Position of the Disturbance

�� ����� ��� ���������� �� ���� �� ����������� �� ��� ��� � �� �� � � �����

����� ��� ��� � �� ��� ��� tdis ��� � wdis �� ��� � ���� ���� �����

!��� "" �# ����� ��� FF ��� ��� Voc �� � ����� �� �� tdis �� ��� �� ����

���� ���� ���������� �������� � tdis � ����!�� ���� � � �� ��� � �� � �������

������� �� tdis ��� FF �������� ���� ������ ������� Voc ������� � ��$ ���

��� � tdis �� ��"� � ������ �� � �������� ��� ��!�� tdis

��� Jsc �� ��� ����� �! ���� ��� ����� � !��� "" �# � � � �� ��� �

tdis �� � � ��� �������� ���� ������ � ��� ��� � �� �� ��� � ��������� � �� ����

������� ��� ������ %�� �� ��� ��������� �� �� �� FF ��� Voc ��� ���������� ��

Jsc �� tdis ������ � ��� � � ��� �� η ��� � tdis �� &�� � ��� �� ������� � ���

��� � �� � �� ���� ������� ��� ������

��� ������ ��� � ����!� �� ��� ���� �� � �� ��� � ��������� � ����� �� ���

����� �� ����� � �� � �����!� �������� �� � ���� �$������ ��� �� ��' () ��� ��

*��� ��� ��� � �� �� ��� � ��������� � ����� ������� ��� +� �������� ��� �

������ �� �� �� ��� ������ ��� � ����!� � ������ �! ��� ��$ ��� �������� �

Voc �� "," �� �� � tdis �� ��"� � � ��!�� ���� �$������ ��� ��� �������� ���� ��

����� ��� � ���� &� ��!����� � �� ��� ���� ��� � !� FF ��� Jsc �$�����

��������� �� �� ��� � �' () � �!� -���� �� ���� �� ��� ���� ��� �� � ����� �

������ ����� � �! ���� ���� ��� �! ��� ����� ������� ������ �� ����� ����� ��

�.

Page 102: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������� � � ���� ���������� � ���� ���� ���� ��������

40

50

60

700 250 500 750 1000 1250

deposited layer thicknes prior to disturbance [nm]

b)

fill f

acto

r FF

[%]

a)

500

600

700

800

open

circ

uit v

olta

ge V

OC[m

V]0

2

4

6

effic

ienc

y �

[%]

0 250 500 750 1000 1250

10

15

20

25

30

deposited layer thicknes prior to disturbance [nm]

shor

t circ

uit c

urre

nt d

ensi

ty J

SC [m

A/c

m2 ]

0 500 1000 1500 2000position of disturbance tdis [s]

0 500 1000 1500 2000position of disturbance tdis [s]

������ ��� �� � ���� � ��� � ���� �� ������������ ���� �� �� �������� �� ������

������� ������� ������� � �������� �� ��� �������� �� �������������

�� ��� ��� �� �������� ����� ��� ��� ���� �� ��� ������� ��� � � � ! �

��� �� ��� ��� � ������

����� �� ������ ��"� #� ���� ����� �� � � �� ���� �� � ��� wdis �� � ! � ��� �����

� ����� ����$� �� ����� ����� �� ���� �� � %! & ����� ���������� �������������

�� ��� ��������� � ��� �� � �� �'������ �� ���� �� ��� ������ ������$ ����

��� ��� � $ '�$�$ �� Voc � tdis �� ���� (!! �$ ����� �� ���������

�� ��� ������� � �)��� �� ����� ������� �� ��� * ��������� ���������� +��!,�

���� �������� � ����� �� �� ��� IRSC ���� ��$ ����-���� � ����� �� ����������

����������� .� ����� ���� ��� * ���� ���������� ��$� ���� $ � ��� �� ��� ��

��/ $ ���� � ���� ��� ������ ��� IRSC ���� ��� ����� �'����� #� ������� ���

��-� ��� ���� ��������� �� ���� ������� ������� �� ����� ����� �� �� ��� IRSC ����

����� ������� �����$��� � ����� �� �� IRSC ���� ��$��

��� ����� �� �� ��� � ���� ��� �$ �� tdis ����� �� �'�� ���� �� ��� ����� ���

������ $� ����$���� �� ��� ����� ����� ����$� �� ����� ����� �� ������ ��( �� �

���� ������$�� ������ ��� ���������� �� ��� ��� � ������ #� ���� ����� ��� IRSC

��� ���� ������� ������ ��� ���� 0! $������ �� ���������� �� ��� � ����� ���� tdis ��

! � �� %�! � �� wdis �� � ! � �� ��$� ������� ��� ��������� � ��� ���������

���� tdis 1 ! � � ����� � ����� ����� �� ����� �� ������� %! & �� ��������� ���

IRSC �� �������� ������� ���� ����� ���� ���������� ��$�� 2���� $��� �� � (!! �

3����� �� $��� ������ �� � ��� ��� ���� �� ��� ������� ���3 ��� ����� ����� ����

�$� �� ����� �� ��� �� ����� �� ��� ��� ������� �! & � ���������� ��$� ��

4

Page 103: In-Situ Raman Spectroscopy

� �������� � ����� �� ������� �� ���� ������ �� ���� ���� ���������

0 250 500 750 1000

0

15

30

45

60

deposited thickness d [nm]

tdis= 3.5 min

crys

talli

ne v

olum

e fr

actio

n IR

SC

[%]

increased SC

tdis= 0 min

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 deposition time t [s]

������ �� ��� ������� ������ �������� ��� ���� ������ ��� ���� ����� �� ���

������ �� ����� ���� � �� �������� ������ ���� ������ ��� ��� �� �����

�tdis� ��� �������� �� ��� �� �������� ��� ��������� �� ��� �������

���� �

� ���� ��� ������ �� ����� ���� ���� ���� � tdis �� !" ��� � ��#����� ����$

������ ��� � %��� ��� ������� ������ � �� IRSC ����� μ�$&�% ���� ����� ���������

���� �� ���� �� ����� ������ ���� &������ '�' � ����� (���� SC � ������ ��

��� ��$ ��� �������� ��� ������� ������ �������� ������ � �� ����� ! ) ������

��� ��� �� ��� �� ��������� *��� SC � ������ �� ����� ��� +�� ������ �����

���� � ���������� ���� ������ ��� ��� ������� ������ �������� �� ����� ������ ���

+� � ��� ������� � ��������� ���������� �� ��� ������ ��� ������� �$����� �����

���������� �� ��� ��$ ��� ����� ��� �� ��� ����� dinf � ��� �� ����� ��#������ ��

��� ����,�� �� ��� �� ������ ����� ����� �� �-������� �� ��� ���� ���� � ���$

������� �������� ����� � ���� ���� ������ ��� ������� ��� � ��� � tdis �� �

%���� �� ��� ��� ��� � � ���$����� ��� ��� +�� ���� ���� ���� � ������� SC

����� ��� ��� �� ��� �� ��������� ( ������ �#��� �� �� ����� �� &������ '�' ���

�� ������ �� μ�$&�% ����� ���� ���� �� �� �$&�% �$������ .� � ������ ����� ���

���� ���� ������ ���� ���� ���� �� ��� �� ����� ����� �� ��� ���� ���� ���� tdis /

00

Page 104: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������� � � ���� ���������� � ���� ���� ���� ��������

400 600 800 10000.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

tdis = 210 s

U = -0.5 V

qu

antu

m e

ffici

ency

QE

[%]

wavelength � [nm]

U = 0 V

tdis = 420 s

������ �� ��� ��� ����� �� �� ��� ����� ����� ���� � ������� ���� � �� �� ����

��� ��� ��� � ����� ��� � � � ��� � �������� ���� � � ������� ���

��!���� "����

� � �� ��#������ ���� � ������!��� ���� ��������� � !����� ������� ��� Voc �� ���

������� � ����� ���� �� $��%��� � �� ��� ��� ����� ���#���$ �"�!� �� � ����� ��

��#���� �� � ����#���� ������ ��!����

&�� ������� ����' ��� �� ��� ����� ��#������ ���� � tdis �� ��� � � ������� ����

��� ��������� � !����� ������� �� ��� ��#���� #��� �� ��� ����� ���� ���� � ���

������"� �� ��� ����� � ���� �� ��� ��� ��� ���� �� ���� ��� ��� ������ �� �

�(�) ������

&�� ������� #������� �� �� ��� ����� ����� ���� tdis ������� ��� ���� � �����

"� �*#��� �� "� ��� ���� ���� ��� ������"� �� ��#���� �� � "������ ��� ��� �����

+���,� -�� ��� #������ �� ��� ������"� �� �� ��!�� ������� ��� �. �� �������

� � ������ � ��"�� �� �������� ���� "� �"�� �� ����� ��� #.��� ��������

&�� #��"�"����� �� ��� ����� �� #��� ��� "������ �� � ������� � ��� � �##����

��!���� "���� /�������� �� �� ��� 0�� ��� ����� ���� �� ����� ����� ���� ����

���� � tdis ���� ������� ��� �� ����� ���� �%���� 1 ������ �� ��� �2 �� �����

����� ���� � tdis �� ��� � � � ��� � ���� � � ������� � �*��� �� "��� � ��!����

�������� ��� ���#����� &�� ����� ���� ��#������ ���� � tdis �� ��� � ����� !���

�3

Page 105: In-Situ Raman Spectroscopy

� �������� � ����� �� ������� �� ���� ������ �� ���� ���� ���������

��� ��������� �� ��� ������ ������� ���� �� � ������� ��� �� ��� �

�� �� �� ������� �� � ����� ����� ���� �� ����� ���� �� ���� ���

�� �� �� ���� ���� �� � tdis �� !� � �� ��� �������� ��� ��� ������ ��

�� �� ������ ��� ��� ���� ��"����� � �� ������ � �� ����� �� � ��

��� ����� ���� ������� � ������ ��� �� �����#

$�� � ���� ���� ����� �� ������� %&����� !�'( ��� �� �� � ������ ��

� �� ���� �� �� �� ���� ���� ��� �� ���� ������� � ��� ����� � ��

�)�*� ����� ������ ���������� ����� �� � �� � ����� ���� �� ������ ���

���� ����� �� ��� ��� ��� �� � �� ��� �� �� �� ���� ��� �� ���� ��������

�� �� ������ ������� ��� ������� �� �� ���� �� �� �� ��� ������ + ��

���� ����� �� �� �� ���� ��� ������� �� ����� �� ���� �� ����� � ��

�*����� ,��� ����� ��� �� �� �� ����� �� ���� �� �� ��� �� ��� �����

� �� �*���� ��� tdis �� !� � ��� ������� � ���� ���� �� � tdis !'� ��

��� �- �� �� �� �� ����� � �� ���� �� �� ��� �� ��� ����� � ��

�*���� �� � �.����� �� �� ������� ,��� �� �� �� �� ���� ���� ������ ��

�� � tdis �� !� � �� �������� ��� � �� ��� �� �� �� ���� ��� ������ � ��

������� ���� �� ����� ���� �� ��� ��� tdis �� !'� ��

/������ �� ��������� � �� �*�� � 0� ���� ������� ���� ����� � �*

��� � � ��� ����� � � ����� � ��� ��� �� 1�� ���� ����� ������ ��

�� � ����� μ�*2�#, ������� ���� � ������ � �� ��� �� �� �� ���� �

�� ����� ��� ������ �� ��� ��� �� � � �� �������� � ������������ �� ���

�� �������� + ��� ��� ���������� ������� �� ��� ��� � � �*��* ��*�

���� ���� ��������� �� ������� � ��� � �� �� ��� ������

5.2.2 Influence of the Width of the Disturbance

3��� ����� � �� ���� �� �� ��� ����� � � ��� �� �� �-��� �� � ����

�� �� ��� �"�� � ���� ���� ���������� 3� ���� � &����� �� �� ������

���� ���� ������ ��� �� �� ���� ������ � �� ��� �� �� �� ��� ������

�� � ��� �� �.���� �� ���� IRSC ���4��� � ���� ���� ��������� ���1��

������� ���� ����� �� ���� �� �)� ���� � �1� ��������� �� &����� �� � +

&����� ��� � �� ��� ���� � �� ���� �� ��� ����� � ���� ����

��������� �� ���� ��� ���� tdis 5�� �-����� �"�� � ����� �� ���� ��� �����

�� �� �� �� ���� �� ������ �� SC6 ��� ������ �� � ��"��� ��� ��� ����

7�

Page 106: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������� � � ���� ���������� � ���� ���� ���� ��������

50 100 150 200 250 300

66

68

70

72

fill f

acto

r FF

[%]

duration of disturbance wdist [s]

510

520

530

540

open

circ

uit v

olta

ge V

OC[m

V]

������ �� ���� � ���� �� ������������ ���� �� �� ��� � ����� ���� ������� ���� ��

��� ��� �� �������� ���� ���������� ���� ���� � �� ������� ����������

���� ��� ����� �� �� �� �� � �� ��� ��

�������� ���� ���� � �� ����������� ����� ����������� �� � ��� ���� ���� ��

���� ��� �!� ������ �� ����� ��� "�� � ���� �� ��� ������������ ���� ��� ��

��� � ����� ��������� ���� ����� ��#����� wdis� $ ���������� ����� �� �� ��� "��

� ���� ���� ����� ���� wdis �� ��������� %��� ����� �� �&�� ���� �� ��� ����� ��

�� ��� !���!�! ����� ����� ����!� �� ����� ���� ����� ���� wdis ����� �� ������

��'� %�� ������������ ���� �� ������� �� ���� ! &�!�! ��� ��� ��� ������ �� �

�������� ������� ��� �� �� � ��� ���� �� ��� ��������� � ����

$� ����� �� ������ ��' ����� ����� �� �� �� ����� ������� ���� wdis ��

�� �� %������� ���� �������� ������� ���( ���� �� ��� � ��� ���� ��� ����������

�� �����!�� ���� !������� ! ���� � ���� !� �� �� � ��� �������� � ���������� ��

��� � ��� �� ���� ������ ��� �� ���������� �� ��� � ���� ������! ���� )� ��� wdis

�� ��� � ��� �� ���������� ��� ����� ����� ����!� �� ����� �� ������� ��� !���

��� ��������� ! ���� � ����� ������� � ����� ��� ��� ����� ��� ����� �� ����

��� ��� ������ ������! ��� �� ����� ����

*�

Page 107: In-Situ Raman Spectroscopy

� �������� � ����� �� ������� �� ���� ������ �� ���� ���� ���������

5.3 Transmission Electron Microscopy of Layers

Deposited with a Disturbance

������������ ����� �������� � ����� �� � �� �� ������ ����������� �����

��������� �� ���� �� ����� �� ��� ���� ����� � ������� �� ��� ���

������ �� ����� �� �������� �� ������ !!" #$%� �� ��� � ����� &�

� ��� ����� � ������� �������� ����� �������� � ��� ������ ��� ���

������ '������(� �')�" ���*�(� �+)� ����� ��� ���� ��� �����

��,������� ����+� ������ &� ��� �� ����� �� ������������� �� ��� � ��

������������� -�� ���.��� ������ �� ������ �� ') ����� &� �����

����� � �� �� ���* ������" ���� � ��� �� �� ������ �� ���/� ���� ��

��� �� '���� �.������ �� ��� ����� 0� �� ��� �� +) ����� ��� �����

��� ������ �� ����� ���� �� ������ ���������� ��� �� ���*� ���

��������� �� �� ��� ���������� � �� �� ������ ����� ���+ ������ ��&

�� ������ &���� � ��� �� ������������� �� ���� �����

�� �� ��������� ������� ���� �� �������� �� (�� � ����� &��� � �������

���� �� SC" ����� ������� ��� ����� &� ������� )����� 1�2 �� ���

�� ���& �� ������ ��� ���* (� ����� ��� ���� ��� ����� ��,�������

������ �� �&� �������� �� � (� � ����� &��� � tdis �� 3414 � ��� � wdis ��

544 �� �� �� �� )���� 1�6 �� FF ��� Voc �� �� ��������� ���� � ��

51 7 ��� 1!4 �8 �� ���/�� ��� ���� � �������������� �� ������ �&�

���� ���� �� �� �������� �� ������� �� ��� !�3� �� �������� ��&�

������� ���� ���� ������ ��� �� ��������� ���&� �� �� �������� ����

�� �� '� ��� +) ����� ������� ���� � �������� ��� ���&� �� �� 9�- ����

������ ���� � ��� ����*��� �� ������ 544 �� � ��������� ���� ����

��� �/� �� �� ������� ��&� �� ����� �������� ��� �� ������ ���

�������� ���� �������� � �*�" &���� :��� ���� �� ���� ���� ��� �� ��

���� �� � �*� ���� � ��������� �� ��� ���:�� ���&�� �� �� ��������

����������

���� � ��������� ���� ���� ��� &��� � ����*��� �� ������ !44 ��

�� � ����� ����� ���&�� ������ &��� �� :���� ����������� ��� �� &����

�����* ����� ������� �/� � ��� �� �� ���� ������� ���� � �*�

�� �� ���������� &��� �� �� � �� �� ����� ���� ��� ��� ��� �� ��������

����� ��� �� ����� ����������� ��&���� �� �� �� �� ��� � ���������

2!

Page 108: In-Situ Raman Spectroscopy

μ

Page 109: In-Situ Raman Spectroscopy

� �������� � ����� �� ������� �� ���� ������ �� ���� ���� ���������

������������� ��� �������

��� ������� ��� ����������� ����� �� ������ ��� ���� ���� ��� ���

��������� � � �� ��� ��� ������ �� ��� ��� ����������� �������

��� ��� ��� ������ ������ �� ��� �������� ����� ������� �� ������� ��

��� � ������� �� SC ����� ���������� ���� ����� ���� ��� ������� ����

��������� ���� � �!" ������ �� � �!" ����� � ��� �������� �� ��������

���#�� ����� �� ������ ��$� ��� ����#���� �� ��� � �!" ��� ��������� � ��

tdis �� %&�& � ������ ����� ������ '%& �� �� ������� � Rd �� ��( )*�+

����� �� ������� ���� ��� �� ����� �� ��� ��#�� ��� ���������� ,�

���� �������� �������� -� �� ������� ����� ��� ������� ��� ���

��������� ���� � ��� �� �� ��� ���������� ���� ��������� � �� ��� ����#+

��� ������� �������� ���+ ����� �� ��� ��� ����� ��� ����#���� �� ���

�������� ��� �� .&& ��+ �/����� ���� ��� ��� �����+ �� ����� �� ���

�/����� %0� �� � wdis �� '&& ��

1�� �� ��� ������� ��� dinf ��� ������ �� ��� ������� ��� ����������

������� � ����� �� ��� ����� ����� � ����� ��� ���� ��������� �����

�� ��� ��� ����� �� ��� �� � ����-� � 2���������� ��� �3������ ������� ���

������� �� ��� �� ������� �� IRSC � ��� �� �� ��� ��������� � ��� �����

������ � ��� ��������� ������� ������� ��������� �� ��� ������#� ���������

���� ��� ������ �� SC � ��� ���� ��� �� ��� ���������� � tdis �������

�� ��� ��� ������ 4� ���������� ��� �� �������� ����� ������� ����

��� ��� ����������� � ������� ���� ��� ����#������ ��� ��������� ��

dinf + �� ���� ������ ��� ����� �� ������ ��$+ ��� ��� ������ �� �/�����

�� ����� ��� ��� ��� ������������

��� ������� ���� - ����� �� ��� ��� �� ������� ���� wdis �� '&& �

����� �� �/���� �� ��� ��������������� �� ��� ��������� ������� � ��� ���

�� ��� ��� ���� ���� ��� ��� �� ��� ��� ��� �� ���� ������� ��������

�� ��� ���������� 2���������� �� �� ����� ���������� �� ����� ������� ���

��� �� ���������� ���� � ������� ��� � ����� �� ������ ��$ �� ���� �

���� ������ �� �� �� ������� ��� ��� ��������������� �� ��� ���������

����� ������ � ���� ��� ��������� �� � ��������� ���� ��� ��� �����

������ �/�������� "���� �� ����� �� ������� �� �������� ���# ��� ���������+

��� �� ������� ��� ��� ����

$�

Page 110: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ��������

5.4 Conclusion

�� ���� ������ �� �� ��� ���� ��� �� ��� � ������������ �� ��� ��� � � �

����� ����� ��� �� �������� ����� ������� ����� � ������ �� �� ��� �������

�� ����� ������ ��� �� ������ � ��� ����������� �� ����� ���� �� � �� ���

����� �� ����� � ��������� ����� ��� ����� ��� � �� �������� � ������ ���

���� ������� � ��� ����� !�� ��� ���� ���� �� �������� �� ������� � ���

����� �� ����� ��� ����� ���� ��� �� ��������� � ��� ������� ����������

� �� ���� �������� "�� ������� � ��� ����� ���� �� �#����� ��� ��� ��������� �

��� �������� � ���� ���� ��������� �� ���� � ��� ����� � ��� �����������$

�� �� ������ ������ ��� ���� � ��� %����������� ��� ����� ���� �� �#����� ����

����� ���� ��� ��� � �� ������� ��� ��� ���� ���� ��������� �� ������� ���

������� &���������� ��� ���� ���� ��������� �� ����� �� �� ����������� ��

����� ������ � ������� ����� �� ����� ��� �������� � �'� � � �����

"�� �� �� �� ������ ��������� ���� ��� ����������� ���� ������� ����

�� ���������� �(����� ����� ����������� ������� ������ � ���� �� �(����

���� ��������� � ��� ������� ����� "�� ������� � �� ��� ��� ������� ��

��� ����� �� � ������ � �� �������� � ��� ������ ����������� �� ���� ��� ���

����������� ������)���� � ��#������ ������ ��� ����� � �������� ��� ��������

� ��� ����������� ���� ������� �� ��� ��������� ��� ��� � � ����������� ��

���� �� �������� "��� ��#������ ����� ��� � ��� ���� �������� ���������

������� ��� ����������� ������� ������ ��

�� � ������� � ������� ����� � ������ � �� ��� ����� �� �� ���� � ��

���� ����� �� ������ ����� ������� � ��� ����� ������ ��� ���� �� �����

���� �������� �� � ������� � ���� ���� ���������� *�� � ��� ����� ��� ���

�������+ ���� �� �������� ��� �&�$, ������ ��� � ����� wdis ��� ����� �������

���������� ����+ ���� ��� �� ��� ���� �������+ � ���������� �� ����� ��� �

����������� � SC �� �( ����� � ��#�� ��� ���� � �������� �&�$, ���� �����

-.

Page 111: In-Situ Raman Spectroscopy
Page 112: In-Situ Raman Spectroscopy

6 Influence of the DepositionParameters on the FilmTemperature

��� ��� �������� � ����� �� �� ������ ���� ����� ����� ���� ���

����� � ��� ��� ��� ��� ����� ��� ��� �������� �! ������ ��� ��

�� "����� "�������"� #� ��� ����� ��� �" �� � "��� ����� � "� ����"

�����" �� ����$� ��� ����������� � ��� �! ��� ��� ��� ����� ��� ��

��$�� ��� ����� ����� �������� �� ������ � ��� ������ ��� �! ���

��� �������� �� ��� "��� ����� ����� � �����" �" �����" �� �������

��� �� �$�" ���� � �! ��� ��� �������� "���� "��� ����� � "� �� �"�

6.1 Calibration of the Temperature Measurements

�� ��!�� �������� �� ������ ���� ��� ���� �! ��� ����� ��� ���

�������� ��� ��� CRam ��� %���"��� �� �&����� ��'% "����" �� ��� ���

������ ���� �" ��� � � �$������� � "�������"� ��� �������� ��� ���

� �$����" !�� ��� ���� ����" �� ��$��� � "��� ���" � μ� �����

�(�)* ��� �� +�, �� ��� � ����� �������� � -�!�� ��� ��������

�� ������ ��� ���� � ����" �� �"� ��� "��� ����� ����� � $���� ����

"����� ����� � �&�������� �������� � ����"� ��"� ��� � ���"����� �� �

���" ��� ��� �� �� ��� �" ��� ������ ��� � � ��� �� ���������

��� �������� �! ��� �� �� ��� � "�������" ���� � ����� � ��� ���

�.�������� ���� "� ����" � $� "�� /���� �� ��� �01�� - �������� ���

�������� �� ��" ���� ��� � ����� �� ��� (���� 2����(���� ����� ��

��� 3RT4 ��� �������� ��� ��� CRam � � �����"� (���� ��� ��������

'�

Page 113: In-Situ Raman Spectroscopy

� �������� � �� �� ������ ��������� �� �� ���� ��� ������

0 5 10 15 20445

450

455

460

465

470

gl

ass

tem

pera

ture

Tgl

ass [K

]

time t [h]

stabilized temperature

������ �� �� �� ������ ���� ���� �� ����� �� ��� ������ �� ���� ��� ����������

�� ���� �� ����� ���� ��������� � �������� �� �����

�Theat� �� ��� ������ �� �� ��� �� ��� ������� � � ����� �� � �� ������� ����������

�� �� ������ ��� �� ��� ������ ���� �Tglass� ���������� ���� ��� ����������

������ �� ����� ��� �� �� ������ ���� �� � � � �� ����� ����� � ����

���������� ���� ������ �� �� ����� ���� ��� ���������� �� ���� ��� �� ���

������ ���� �� �� !� "�� �� ����#�� Tglass ����� �� ��� ������ �� $� ! �� ��%

� ���� ���� ���� �� � � ����� �� ������ ���� �&������ ����� "�� ��'������

������� �� ��� �� �� �� ������ ���� �� ����� � ��� ��� ������� ���������� ���%

���� "�� � �� �� ��� ��� ��� ������ ���� ��'������ �� � �� ���� �� � �� �����

(����� �� ��� � )�� �� � �� ����� ���� ���� �� � ����( ���� ��� �� ��� �� ���

�� �� ������ ���

"� ���� � ����� ���� �� ��� ������ �� ������ ���� � �������� �� Theat

��� ������������� Tglass � � ���������� �� ��� ������ ���� ������ ����� �� ���

μ�%*�+ ����������� ,����� � �� �� �������� ��� ������ ���� � � �� ����#�� ��%

��� � ���� ���������� ����� ��� �&��������� ������ ���� � � �� ����� ������ ��-

����� ��� ��� ���� ������� Theat �� Tglass� .���� ��� � � ����� �� ������ ��-

�� ��� �� ��� �� ��� ������ ���� � � �� ������ ��� �� ��� �/������ ������ ����

�� ��� ������ ��� 0� ������� ���������� ��� ������ ���� ��'������ ������� �� ���

12

Page 114: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ��������� � �� �������� ����������

450 475 500 525 550 575

400

420

440

460

480

500

gl

ass

tem

pera

ture

Tgl

ass [K

]

heater temperature Theat [K]

������ �� ��� ������� �� � ����� ��������� ���������� ���� � �������� �� �

�������� �� ��� ������ ��� ��������

��� ����� ��������� �� �������� ��� �� �� �������� �� ��� ���� �������� �� �������

���� �� ��� ������ ��� ����� ����� ��� �� ��� ���������� ���� ������������� ����

�� ��� ��� ������� ��� ����������� ������������ �� ��� ���� ��������� �����

���� ������� ��� �� ������ �����������

�� ��������� CRam ���� � ����� �� �������� Theat ���� �������� ����� ����

��� ���������� ��� ������ ��� �������� ������� ���� !"◦# �� $""◦# � ��� �����

��� ������� ��� ���������� ����� ��� ������� �������� �� ������ ��� % ������

����������� ������� ��� ��������� �� ��� ��� ���&��'��������&�� ��������� �����

(RT) ��� ��� ���� ����� Theat *�� �+ ����� ��������� ,-������ �.* �� ��������

�� ������ ��$� ���� ����� ������������ CRam �� ���������� �� 1.19± 0.09�

/� �������� �� Theat ��� ��� ������� (Tfilm) �������� �� ���� � �������� �

��0���� ��� 1�� ��� ������� ���� ������ �� ��� ������ �����������

% ������ �� ��� 1�� ��� ������� ������ �� ������� �� ���������� ���� ��

�������� �� �������� �� ��� ���&��'��������&�� ��������� ������ �� �������� ��� ����

����� ������ �� RT �� � ��� ������� �������� Δ T 2 ��� ����� �� RT ��� RT+Δ T ��

���������� �� ,-������ ��3� 4��� ���� ������ ��� ������� ��������������� �����

..

Page 115: In-Situ Raman Spectroscopy

� �������� � �� �� ������ ��������� �� �� ���� ��� ������

�� ����� �� �� ������ � � ������ � ����������� �������� Δ T �� ��������

RT/RT+ΔT =exp(�ω0

kT)

exp( �ω0

k(T+ΔT ))= exp(−�ω0

k· 1

T · (T +ΔT )). �����

��� ���� �� ������ ����������� ��� ����� ��� ������� � � ���������������

������� �� ��� �� �� ����� ��! ��� ������� ��� "�� ����������� �� ��������

� ��� ��� �� #��� ��� � $%����� ��� �� �������� � �& � �� ���� �������

����������� ������� �� � ������ � RT � ��� � '� (� ����� ��! �� �)�����

� �� ������� �������� ����� ����� ��� ������� � � �*�+, "�� �� �����

-��� ��� ������.��� �� ������������������ ���� �� ��� "���� �� �� �� ������

� ����� ����� ����������� ��������� ���� ���� ����������

#� �������� � ��� ������������� ���� ������ ��������� ��� �� �.� ��� ����

�������� �����.��� ��� � �����.� � �)��� ��� ��� ������ ������� ���������

��� ��� ������� �������� ���� ���� �� ������ �� ��� ������� �������

0.0021 0.0024 0.0027 0.0030 0.0033

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

loga

rithm

ic s

toke

s/an

ti-st

okes

inte

nsity

ratio

ln(R

T)

reciprocal glass temperature 1/Tpyr [1/K]

����� ���+ *�/��0�����*�/�� ��������� ���� � � �*�+, "�� �� � ������� �

��� ������ ������������ �� ���� ����������� ��� ������������

������� CRam ��� � �������� 1���� ����������� ������������

�� �������� �

�&&

Page 116: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ����� ���� �� �������

6.2 Pulsed Plasma Deposition

� �������� ����� �� � ����� ����� ������� ���� � ������� ���� ����� ��

� �������� ��� ���������� ����� ������ ��� ��� ������� ��� ��� ���� ����

��� ����������� ������� ��������� � �� ���� ����� � � ����� �������� ���

������� �������� ����� ��� ���������� ���� ��� ������ ��������� ������

���� ��� ���� � �� ���������� � ������� ��� �!����� ���� ������ ���

����� ������ ��� ������� ����������� ��� ������ ����!��� �� �� ������� �

����� ����� ������� ��!���� ������ � ������ ��������� ������� "�� �������

��� ������ ���� ��� ��� ��� ��#����� � ������� �������� ��� �����

���� � ���� ���� ��������� �� ��������� �� ���� �������

6.2.1 Duration of the Plasma After-Glow

$����� ������ �������� �� �����%�� � � ������%��� ��� �!�������� ���� �

���� ��� ������ ���� ��� ������ ���� �� ��������� ��� ������ &���� ��� �����

������ ��� � ������%�� � ��� ����������� ��� ''( ������ )��� &����� *�+,

� ������ ����� �� ������� ���� ��� ����� ������� ������ -�� ���� ��� �����

������� ��� �� �������� �� ������� ��� ������ ���� ���������� � ���

�������� ������� �� �.������ /���0 ��10 ��-0 ��23� (�� � ��� 4���� ��� �����

�.����� ������� ��� ��� �������� �� � ������ ����� �� ������� ���� ��� ����

����� ��� ������ �� �������� � "�� ������ ������� ��� ������ �� �����

������ � ����� ����� ������ ������ ��� ������ � ����� ��� ��� ��������

" ������� ��� ����� ������� ������ ��� ������� �� �������� ��� ����!

������� ��� ������� )tspec, ������ ����� ����� ��� ����� ��� ����������� ���

� �� ������ ���� ��� ������ ���� )toff,� 5���� �� �� ������� � ��������� ���

����� ������ � � ��� ���� ������ ������ ������ �������� ������ ������ �

����� ��� �������� � ������ ��������� ��������� " ������%� ��� �� ������

������� toff ��� tspec ��� ���� ��.���%� ��� ����� ������ ��� ���� )tglow, ���

������ ����� ����� ���� ��� ���� �� �������� �� ����������� 6� ������ -�1 ���

����������� ���� ����� �� �.�������� ���� ������� ��� ������������ tglow

�� ����� "�� ���� ���� ���� )tdark, ��� ������ �� � ����� toff �� ��������� �

�������� ��� ����� ������� tspec ��� toff 7

�8�

Page 117: In-Situ Raman Spectroscopy

� �������� � �� �� ������ ��������� �� �� ���� ��� ������

toff

tglow

spectrometer slit

plasma emissionon

off

off

time t

on

open

closed

input power

tspec

������ �� ���� ����� �� ��� ����� ������ ��� ����� �������� ��� ��� ���

���������� ������ ������ ������ ����������� ��� ���� ���� �� ���

��� �������� ���� �tspec�� ��� ������ �� ���� �toff� ��� ��� ���������

���� �tglow� �� ��� ������ ��� ���� �����

��� ���� ����� �� ������ ��� � ����� ������ ��� ��� �������� �� ������� ��!

����� ��� ����� �� ��� ������ �� ���� ����� � ������ ������ �� ���� ���� ���

���� ��� ����� �� �������� ����� �������� tspec ������� ��� ��� �� tdark� "�� � ��

�� �����#�� �� ��������� tglow

tglow = toff − tdark. ���$�

��� ���������� �����!���� ���� ���������� ��� ���� ���� ����� �� � �� �� ����!

������� ���� ��� ��� �� �#������ �������� %� ��� ����������� ���� �� ������

�������& � ��� tglow ��� �� #� ����������� '� � ����� ���(��� & �� $) "* ���

������ �� ���� + ������������ �� ��� ����� ����� ������+ �� $,- μs� ���� �������

�� � ������ �� ���� �ton� �� $�,. ��� "�� � ��� ���& & �� δ �� ��� ������ ��� �

�� ��/��� �� 0(������ ��) �� �#��� 1, 2�

δ =ton

ton + toff���)�

3��� ��� ��� �� �� �� ����� ��� ��� ���� ����� �� tspec #������ ��� ��� ���������

���� ���� �� ������ ��. �� ����������� ���� ����� tdark �� ��������� �� ,. μs ±

,-$

Page 118: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ����� ���� �� �������

ontspec

tdark

toff

tglow

time t

off

plasma emission

light collection

������ �� ���� ������ ��� ������ � ������ �� ����� �� � ���� ��� toff �� ������

������ ������ ��� ���� � �� ������ �� �� �� ���� ��� �tglow� �� ��

������� ��� �������� ��� �� �� ��� ������ �tspec� ��� �� � ��

��� ��� �tdark� �� �� ������ ��� ������ ���

5 μs� !� � �� ���� toff �� ���� ��� �� �� ������ �� �� ���� �� �� ��� �� ��

� μs± 5 μs� �� ������ �� �� �� �� �� �"�� ������ ���� �� ��� �� �� #����

������ tspec �� ������� � 120 μs � � ������ �� ��� �� 210 μs�

6.2.2 Influence of a Pulsed Plasma on Layer Growth

$�� �� �� ��%�� � ���������� �& ��������� �� � ������ ������ ������ ���& ��

� ���� ����������� �� ��� ���� '���� ��� � �� ������� $��� ���� � ����� ���

�� �� �'����� ����� �� �� ������� �� � �� ������ �� ������ ��� �� ��

���� ����� ��� ���� � ���� ��'��� ������� �� �� ������� ��� �� �� �������

��� ����� ������ � ���������� (���� �� ������ ��� �� �� ��%����� ��� �� ���

����� �� � �������� �� �� �������� �� �� ������ ��� �� � � ���� �� �'�����

����� )**+& **,- ��������� �� �� ������� ������ ��� ����� ����� ��� ������ ��

������ ��� �� � �� ��������� ". ������� �� �� ���� ��� �����. ��� ��"� ��� ���

�� ������� ������ ��� ��� ������� ������ �� ������ � ���� ��%���� ���� / ���

*01

Page 119: In-Situ Raman Spectroscopy

� �������� � �� �� ������ ��������� �� �� ���� ��� ������

�������� ����� � Rd �� �� ������ Rd �� �� ���� ����� vrates

�� ���� ���� ����

�� ���� ���� ���

�� � ���� ���������� ���� Rd ������ �� ��� �� ��� ���������� ��� ����� vrates

������� �� ��� ��� �� ���������� ����� ��� ��������� �� �� ��� ���

�� ���� �� ���� ��� � �� ��� �� ��� ���������� �� ����� �� �� �

!��� ����� ���"����� �� �� #$�

� �� ���� �������� ���� � ���� ��!��� �� ���� ������ � ������� �� ������� �� ���

��!� �� ��� � ��!� ������ �� ����� ������� ��� ��!�������� �� ��� � ��!� %��&'�

�� ���� ��������� ���� ��� μ�()��# ���������� ���� � �� � ���� ��������� ��

��� ���������� ���� �� � ��!�� !��� ���� �� �"���� ��*�� ����� ���"������� ���

�� ��� ��!� ����� �� ��� �� #$ ���� ������ ��� +�!�� !������!���� %��'�

�� ���� ��� � ������ ��� �� ��� +�!�� !������!���� �� ����� �� , ����� ��

����� ���� ��� -� �� � �"���� ��*�� #���� ��� ���� ���� ��� � ������ ���

��(���� +�!�� !������!���� �� �.������ �� ���� � �� � !������� ��������� ��

Rd ��� !���� ������� �� ��� ������ !�������!� ����� ��� ����!����� �� � ����

����� �$����� �� ��� � ��!� ����� ���� �����������

� ����� ��� ��/����� �� � !��� ���� � ��!� �� ���� ������ ��� Rd �� 0 !�

��������� ���� ��� ������� � !��� ����� �� ��� ����� ����� ��� ��!������ �� �

��� ���� ��� ������(���� 1Rd,cw2 �������� ������ ���������� � ��!� ����������,

��� ���������� ���� 1Rd,pulse2 ��� �� ��� � ��!� ���������� ��� ��� ����� 1vrates2

������� Rd,cw ��� Rd,pulse ��� ��� �� ��� ��� �� ��� ������ ����!��� ���� ����

���� �������� �� �����!����� ��� ���� ����3���� ����� �� ��� ��� ��(�����������

���� ��� �� � �� � ���0 �!����� �� ����� ���� ��� ���� ����� ���� ���������

��������� �� �� � ���

�� ���� ��� � �� ��� � ��!� 1�� 2 ��� vrates �� ��� ���������� �� �� ���

���� � ��!� �� *� �� ����� �� �.������ ���! ��� ��� ��� ������� !�������� ���*��

4�� ��� ���������� �� �� ��� � � ���� �������� �� ��� Rd �� �����*�� ������ �� ���

� ��!� ����������� )���� vrates �� �� ���*� � � ��� �� ����� �� ���� ����!�� �� ��

����!�� ���� ��� ��/����� �� ��� � ��!� �5 ������� �� ��� ���������� �� �!� �

4����� ��� ����� ��� +�!�� �������! �� � μ�()��# 0 ! �������� ������

�� ��� � ��!� ����������, ��!����� �� � ��������� �������! !������� ������ �

���

Page 120: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ��������� � ��� ��� ����������� ������ ������ ������

-550 -500 -450 -400 400 450 500 5500

4

8

12

16

20

in

tens

ity I

[cou

nts/

s]

Raman shift [cm-1]

cw-plasma

pulsed plasma

������ ��� ��� ����� ������� ���� � ��� ������ ������ ��������� �� � ����

��� �������� �� � �������� �������� ���� � � ����������

���������� �� �� �� ��� ���� ��� ��� ������ ���� ����� �� � ������� �����������

���� � ������ ������ ��������� ����� � ����� � ������ ��������� �� ��� ��� ��

�� � ������ �� � �� ���� ������

6.3 Determination of the Film Temperature in

Different Growth Regimes

! ������ � ����� ����� � �� ��� ��������� ��� ��� �������� ���������� "#$#%

&'(� )�� ������ ����� � �� ���������� ������� � ��� �� ������ � ��� ���� � ���

������ � � ��������� ����� ���� ��� ������� ���� � ��� ������ �� ����� �������

����� ���� ���� �� ��������� �% ��� ��������� �� �������� � ����% ���������

����� � � � ���� ��� ���� ���� ������ ��� ��������� ��� �� ������� � �� ���

������ � ����� ����� � �� ��� ���������� � ���� ������ ��� ����������� � ������

�� � �� ��� � ��������� ���� � � ����� � � ��� ������ � � ��������� �� �������

#'&

Page 121: In-Situ Raman Spectroscopy

� �������� � �� �� ������ ��������� �� �� ���� ��� ������

����������� ��� �� �

����� �� ������������ �

����� ����������������� ����������� cm−1� ���

��� ����������������� ����������� cm−1� ���

����� � ! ����������� ���" ����� �� ������������" ����� ��� ��� #����� �� �$�

�����������%������ ��������& ����������� �##���� ������ '��� ��%

#������� ����������

�& '��� �#��������#& ��� �$� ��#������� ���������� ��������� �� �$��

������� (��� ������� ��� (��$ �$� #����� #���� #�������� �����)�� �� �����

* * ��� � ��#���� ���������� �� ��� �

6.3.1 Observation of the Film Temperature at ConstantDeposition Parameters

�(� �� �$� ��#������� ������ ��������� �� ����� * ��� �������� �� ����& � #����%

��� ��#������� �������� ������ �& �$� #���� �� (�� �$�(� �� ������� * � �$��

�� #�������� �� �� ���� ��� �+ ���� $��������� ,�� ��� ��#������ �� ���(�$

����� �� ����� � -�� (��$ ��.����� ��#�� #�(��� �$� ��������� #����%

���� ���� �� �������� Tfilm ������ �$� ��#�������� ��� �����)�� �� ����� �

�$� ����� �� ������ ��� ����%������ ��������& �� ���������� ��� �$� ����������

����������� �� �$� #���� (��$ �$� ����������� ���������� �$�(� �� ����� � �(�

����/����� ������ ��������� (��$ ������ )��� '��� ����������� �� ± ��� �−1

��� ± ��� �−1 (��� ���������� ��� �$� ������ ��� ����%������ #���� �� �$�

�#����� ������ �����������

0����� � 1 �$�(� �$� ,� ��#������� �������� ������ �$� ��#������� ���

������ ,�� �$� $����� ��#������� (�� ��� �� ��◦2 ������ ���$ ��#��������

��� $��� �������� � ������/��& ����� ������� �� �$� ���� �� �$�(� ��� ���$ ��%

�������� ������� ,� ��#�������� �� ����$�& �+�◦2 ��� ��������� ��� ���$

��#�������� 3��#��� �$� ����� ������� �� ���� � ���� �������� �� ����$�& �� ◦2

�� �����/�� ������ �$� ��( #������� ��#������� 3����� �$� �+ ���� ��#������� �

��� #��������� �������� �� Tfilm �� ����$�& �+�◦2 �� �����/��

�$� ������� ��#������� �� ���$ ����� �� ������ �� �$� $����� ��#������� �$��

���

Page 122: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ��������� � ��� ��� ����������� ������ ������ ������

0 10 20 30 40 500

75

150

225

300

375

450

10 Torr0.5 W/cm2

����

�����

���

T ����� ��

deposition time tdep [min]

18 Torr0.8 W/cm2

������ �� ���� ������ ��� �������� ������ �� ������ ��� �� �� �� ������

������ �� � ������� ���� ������ ��� ��������� � ���� � �� �� ��

������� � ��� ��� �� �� ����� ��� ������ � �� ����

������ �� �� ������ ���� ���� �� ��������� �� �� ��� �� ������ �� �������

��� � ����� �� ������ ��� �� ��� ��� ������ �� ������� ������� ������� ��

�� � ����� �� ������ �� ��� �� ����� ����� ������� ����� ���� � ��������� ��

!" ���� ��� !# ����� ��� ������ ��� �$������� ��� � �� � � ���� %� ��������&

��������� �� '�� ��� ���& ��� ������� �� � �� ���� ���� Theat ������ �� � ������

���� (���� )�� ��� �� ��� �� �� �� �) ������� ��� ��� ������ ���� ��� ����� ��

��� �����*��� ��� ���� � ��� ������ �� � ����� �� �����+��� ��������� �� ��

������ ��� ������ ���� ��� ����� �� ������ ��

� % � ������ �������� �� ��� ������� �� ������ ��� �� ���� �,���� � ����

����� �� �� ��� ���� � � ������� ������ ��� ��������� �� ���� ��

��� �� ��� �� ���� �� � ��� �� �� � ��� ���� � �� �����*�� ������

������ ���� �� �� ��� ���� ������ �� �������

� -�� � �� ������ ���� ����� �� ��� ������ ��� �� �� ������ �� ��

������� .!��/ ����� ) ��� ��� �� � �� �����*�� ��� ������ ����) ����

���� ���� � �� ������ ���� �� � ������ ����

!"

Page 123: In-Situ Raman Spectroscopy

� �������� � �� �� ������ ��������� �� �� ���� ��� ������

0 25 50 75 100 125 150 175 2000

25

50

75

100

125

150

175

200

������

�� �� ��

����

�����

���

T ����� ��

���� t �����

�����������

�������������

� � ���� ��

������

�� �� ��

������ �� ��� ��� ��� ������� �� � ���� ���� �� � �������� �� � ���� �� �

������ �� ��� ������ ����������� ���� ������� ��� �� ��� �������

� �����

6.3.2 Controlling the Film Temperature by adjusting theExternal Heating

! ��� �� ����� �"� ��� # � ����������� �� ���� ����� ����� ��� �������� �$��

��� ��� � �%���� �� � ���������� �� �� ����$� � ������ ��� ����������� �� ��� ����

������ ������� �� ����� ��� �������� �� Tfilm �� � ������ �� TH ������� � � ����

��� ����������� �� � ���$���� � ��������� # � ��� ���������� �� ��� ����������

�������� �� � �����

������ �� ����� ��� ��$� ������ �� ��� ����������� �� � 1 μm ����& μ��

��� # � �� � ������ �� ��� ������ ����������� ���� '((◦� �� (◦� �������

� � ����� ��� �������� ������� �� ���� �� ���� ���� ���� �����$�� �� ������

��)� ��� �����$�� �������� ��� �����$�� �� ����$��� ��� ������� �� ����� ��

��� ������������ *��� ������ +��, -����� �� ������ � ����� �� � ���� ���� ���

�������- ��� �� ���������� ��� ����������� ������ .��$���� �� �������� ��� ������

����������� ��� �������� ����������� �/�� �������� ���� ��������� �� ������� '�'

����� 0 ���� !���� ���������� ��� ���� ������� ���� 1� ��� �� ���� ���� �����

�(

Page 124: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ��������

��� ������ �� ������ �� � ◦� ��� ����������� �� ��� ��� ������ �� �������

��� ����������� ������� ����� �� ������ ��� ��� ������� ����� � ���������

���� �� � ���� � ������ �� Tfilm �� ����� ◦� ���� �� ������� �����������

�� ������� !" ◦� �� �����#� ����� ��� ���� � ��� �� ������ ���� � ������

������� Tfilm �� ������� ����� ������� �� ���� ����� !$� ��� Theat �� �������

�� $ ◦�� ���� �� ������� �� � ���� ������� �� Tfilm�� ����� � ◦� ������ $ ���

�� � ������ ������� �� $ ◦� ����� ��� ���� � ��� �� ��� �������������

��� ��� �����#� ������ ���� �� �� �� ��� ������� �� ��� ������� %��� ��

�� ��� �&���� ���� ��� ����� ����������� ������� �� � ��������� �������� ��

!� ���� ������ �� ������ ��� �� �� ��������� ��������� �� �������� �'

��� ��������� �������

(��� �� ���#� ������ �� ��� ������ ��� �#������� ��� ��� ����������� �����

��������� �� �������)� �� ������ Theat� *� ������ �� ��� ����������� �������

����� ���������� ����� ��� ���� �� ������� � ������� �� Theat �� �������

*� ��� ��� ��� ������ ����������� ��� ������� �� ��� ����� �� ��� ������ ��

� ◦� ����� ������ ��������� ��� ������� ����������� �� ��� ���� �� ������� ������

��� ������ �� ���� ��� ����������� �� ��� ��� ������� ���� ���+�������

Theat �������� �������� ���� $ ◦� �� ����� $$�◦� ���� �� ��� ���� ���� ���

������� �� ������� !� ◦� �����#� ������� � ����� �� TH�

���� ������ ����� ���� �� �� �������� �� ���� ��� ������ ���� ������+

����� ������� �� ���� ����� ������ �� ��������� �� ���#��� ���������� Theat�

���� ��� ������������ ����� �� ������ ��� �������� ������� � ������ � ��&+

���� ������� �� Tfilm �� ◦� ��� �&���� �� � ������ �� ��� ���� Theat�

������ �� ������ ��� � ����������� ������� �� ������� !� ◦� �� �&����

����� � ��������� �� ��� ����+�������� ������� %��� �� ��� ��� ������ ����

�� �� �������� �� �������)� ��� ����������� �� ��� �&��� ������ �� ������ �� �

��� �'����� �� ��� �����#������ ��� �� �� �� ��� ����� ������ �� ��� ���

���� ���� �� �� ���� �� ����� ������ ����������

6.4 Conclusion

*� ��� ����� ���� �� �� �������� �� �������� ��� ����������� �� � ������� ���

��+���� �� ,���� ���������� ������� ��� ����������� �� ��� ����� ���������

��� ��� ���� ���������� �������� ��� ���� ��������� ������ ��������� ���#�������

!

Page 125: In-Situ Raman Spectroscopy

� �������� � �� �� ������ ��������� �� �� ���� ��� ������

0 10 20 30 40 500

75

150

225

300

375

450������

�����

������

��� � �� �

����

�����

���

T ����� ��

�������� ���� t���

����

������ �� ���� ������ ��� �� ������� ������ �� ������ ���� ������� �� ���

��� �� ���� ����� ���� �� � ��� �� ��� � ��� ��� �� �� �� �����

��� ��

��� � ������� �� ���� ����� �� ����� ���� �� ���� �������� �� ��� ���

���������� ��� ���� ��� �� �� ������ ��������� ���� ������� � ���� �������

������ ��� � ��� ������ � ����� �� ���

��� ��� �� ��� �� ����� ��� � �� �� �� ����� ������ ���� �� ���� � ���

����� ����� � ��� �� ���� � ������� ���� ��� ��������� ����� �� �� ���

���� ��� �������� ������ ������ ���� !� �� ��� ��� �� ������ � �� ��� �� ��

������ ��� �������� �� ����� ����� � �� ����� ���� ������� � ��� �������� �

���� ���� �� ��� ������� �� �� ����� ��� ��� ��� �� ��� � ���� ���� �� ���

���� ��� �������� �� ������ ��� ��� ����� �� ����� ���� �� ����� �����

""#

Page 126: In-Situ Raman Spectroscopy

7 Summary & Outlook

��� ��� �� �� ��� �� �� ���������� �� �� ����������� ��� �� ������

�� ����� ����������� �� �� ����� ���������� ��� �� ��� ���������

������ �� ����� �� �������������� ������ ��� ��� ��� ���� ����� ��� ��

�������� ��������� �� � ����� ����� �� � ��������� ��������� ����� ������

����� ������ ���� � �� ������� ��� ����� ������ ���������� ��� �� ���

�� ����� ���������� �� ������� ��� � ���� ���� ������� �������� ���

��� ���������� ������� ����� ��������� �� � �� ������ ������ �� ��

����������������� ��� ��������� �� �� ��� ���������� ����� ����� ���

������ �� �������� !� �� ��������� �� ����������� ���� ��� ���������

��� �� ����� �� ������ ����� ���� ������ ��� �� ����� ��� � ������

�� ������ �� �� ��� �� ����������� ��� ����� � �������� ���� ������

�������� �������� ����� �������� ���� ����� ������ ������ ���� � ����

��� ������ �� � ������� ��� ����� ������ ��������� �� ���������� ��� ���

�� �������� � ������ � ����� ������ ��������� ����� � � ������� ���������

�� �� ������ �� �� ������������

��� �"�� �� �� ���� ������ �� �� ���������� �� �������������� ������

��� ������ ������ �� �� �������� ������� #���� ��������� ����� ����

��������� � ������ ���� ��������� �������� ����� ������ ��������� !

�� ���� �� ��� ��� ����� �� ���������� �� �� ������� ��� � ������

�������� � �$���� ������ ���������

�� � �� ���� ��%����� ������� �������� ��%����� �� �� ����� ������

����� �� ������������ ���� �� ��������� �� ������ �� ���� ���������

! �� ����� �� �� ��� ����������� ��������� �� ������ �� �� �����

����� ��������� ��� �� �� �� �� � ���� ��� � ��������� �� &'( ���

��� ����� ����������� �������� �� ��������� ������� ����� �� ��

���� ����� ����� ��� ������������� ������ ��� ��������� ��� ���� ������

)))

Page 127: In-Situ Raman Spectroscopy

� ������� � ����

����� ��� ������ � �� ������ ��� �������� ��� ��� ��� �� � ���� �������

��������� ��� ����� ��������� ��� � ����� � ��� �� ��� ����� ��������

����� �� ��� ������ ���� ����������

� ��� ���� ����� ����� � �������� � ��� ����� ������� ��������� ���

���� ��� � ������ �� ������ ����� �������������� ��������� ����� �������

������� �� ��������� ���� ��� ���� ��� � � ��� � ��� ������� � � ������

�������� � ���� ������ � �������� �� � � ���� � �������� �������� ���

����� ��� ����� ��� � ��������� �� � ������� �� ��� ������� �� ��� ����

���� �� ��� ������ ������

��� ����� ���� ��� ���� � ���� �� ������ ��� �� ����� �� � ������ ���

� ��������� ����� ��� �� ������ �� ��������� ���� �� �� �� �� ������

�!� ��� � ��� ����� ������ ������������� �� � ������ ���� � ������� ���

� ���� ��� � ������ ���� �� ��� ��� �� ���� ����� ��� � ����������

������� � ����� ��� ����� ������������ �� ��� ����� ���������� ������

������� �� ������ ������� ��� ����������� ������ ��� ����������� �����

����� ���� �������� ��� ��� ���� ��������� ��� ��� ������� �� ��� ���������

���� � ������� ��!������ ���������� �� ��� �������� ����� ������ ����

������� ��� � ������ �� ������ ���� �� ��� ����� �������� ���� ��� ������

���� �������� ��� ������ ���

�� ������� ��� �������� �� ��� ����� ������������� ��� ������� �� �����

������� � ��� ���������� �� ��� ����� ����� ����������� ���� �������� �

�������� �� ������� ��� �������� �� ��� ���������� � ��� ����� �����������

��� ������ ���

"����� ����� ������������ �� � �#$% ����� ���� ������ ��� ��� � ���

��� ��� ���� ��������� �� ���� &' �� �� � �� ��� ������ ���� �� ( )*� ���

����� ���� �� ����� �� +�( �� ��� �� ����� ����� ��� ����������� ��������

"����� ������������ �� ��� ���������� ������ ������� ���� ��� ���� �� �� ��

�� ������ ������������ ������ ����� ��� �� ������ �� ��������� ���������

��� ������ #��� ��� ��� ��� ����� ������������ ���� �������� �� �,�����

������ �� ��� ��� ��� � ��� ��������� ���� ��� �-����� �� ��� ����� �����

���� �� ��� ������ � ���� ���� � ������ �������� ������ �������������

�� ��� �� ���� ������� �� � ������ ������ ���� � ��� ����� � ���� ������

��� ��� ������ �� �������������� ������ ��� ��� ��� ��������

&&.

Page 128: In-Situ Raman Spectroscopy

�� ����� �� ��� ���� �� ������� ��� � ��� ���� ��� ���� �� �

�� � ��� ������ �� �� ������ � �� �� �������� ��������� �� � �����

������ ��� �� ����� ���� �� ��� ����� ����� ���� �� ������ � �� ��

�������� ���� �� ��� ����� �� ��� ����� ����� �� �� ��������� ��

��� ����� ��� � �������� ������ ����� �� �� ������ � �� �� �����

��� ����� �� ���� ���� �� ������� �� ������ ��� ����� ������

�� ��� � ������ � �� ����� �� ���� � ������ �� �� ������� ��������

����� ��� ����� � ��� ����� �� ����� �� �������� �� �� ������ �

�� �� ������� � ������ ������ ����� �� ��� ���� �� ��������

��� ���� ������� ���� ���� �� ���� ������ �� �� �� ���� �� ��

���� ������ ��� ���� �� �� ��� �� ������ ����� � ����� � !� ��

���� �� ��� ��� �� � � ����� ���� � ����� ���� � �� �� ���� �����

�� ��� ���� �� ����� ��������� ��� � �� ���� � ���������� �

����� "�� � ���� � ����� �� ����� ������ ���� � ��� �� �� �

��������� ��� �� ������� ��� ��� �� �� ������� ������ ������ �� ��

��� �������� ����� �� � � �� � ������� �� ����� ��� �� ������

�� �� ���������� � ������� ��� � � ����� �� ���� � �#���� �� ��

���� ��� $��������% ����

�� ��������� �� ����� ��������� ��� ����� ���� �����������

���� ����� � ���� �� �� � ���� ����������� �� �� ������ ��������

���� �� ��� �� ����� �� ������� �� ���������� � � ���� � �����

�������� ����� ������� �� ���� ����� ��� &'( �� ���� � � ����

�� ��� ���� � ����� � ���� �� ����� ��������� �� � ��� � ������� �� ��

������ � �� )�� �� ����� �������� ���� � ���� � ����� �� ����

�*���� � �� ������ � �� �� ������� ���� �� ������ ��� ��� ��

� � ���� ��������

�� ������ �� ��� ��� �� �� ����� ���� ����������� �� �� ���� �� ��

���� ������ ������ � ����� +���� ��� �� �� � � ��� ���������� �� ��

��� #�� ����� ������� �� ������ �� �#��� �� �� ������� ��� ��

���� � �� �� � ��������� ��� � ��� ��� ��� �� �� � ����� ��� �� �

��� � �� ���� �� �� ������ � �� �� ������� �� �� ��� �� ������ �� ���

����� ���� �� ��������� �� �� ��� ������ ��� ����� ����� �� �� �� �

�����

,,'

Page 129: In-Situ Raman Spectroscopy

� ������� � ����

�� ������� �� ��� � �� ��������� �� �� ������ ��� ��������� �� �� ��� �����

��� �� � ���� ��� ��� ������ ����� �� ������� ����� ��� ���� ��� �� ���� ����

�� �������� ��������������� ����� ��� ��������� �� � ����� ���������� �� ��

�������� �� �� ��������� �� ��� ����� � �� �� ����������� �� �� ���� � �������

��� � ��� ���� ����

� �� ������� �� �� ��� ��� ���� ��� � �� ��������� ��� �������� !�

������ � ��� ��� ������ �� �� ����� ����������� �� ������� " �� ���������� ���

�������� �� �� ����� ��� �� �� �� ������� �� ���� ������� !�� ���� ����

�� �� ����������� �� ���������� ��� ��� ������������� �� ������� ����������

���������� ����� �� ���� �� � ������

������� � ����� ��� �� ������������� �� �� ��� ����������� ��� �� ��� ��

������� ����� ��� ���� ���� !�� ��������� �� ����� ��� �� ��� � ���� ���� �

�� �� ���������� �� � ����� ���� #��������� � ���� � ����������� �� �� ���

����������� �� � �������� ����� #$%&' ������ ��� ��� ���������

%����������� ��� ����� �� ���������� �� �� ������� ����� ����������� ��

�� (��"��������(��"�� � ������� ��������� ����� ���� ������ ���� )� ��� �����

��� �� ����������� �� �� �������������� ����� �� �� ������� ������������ ��

�� ������ �� ������ �� � ����� ������� �� �� �������� ����������� �� ���������

#����� ������ ���������� ��� ��������� �� � ����� �� ���������� � �

�������� ���������� ��� �������������� �� ������ �� �������������� ������ *��

��� ���������� ����� ����� ��� ��� ������ ������������ �� �� ������ ���

���� �� ������

+����������� �� ��� �������� ���� ������ ��� ������� ���� ����� ����

���������� !� ��� ������ ����� �� ���� ���������� �������� ��� ����� ������

$��� ��� �� � ����� �� �� �������� ���� ��� ���������� ����� � ���� ���

����� �� ����������� ����� ���������� ��� �������� �� �� � ����������

����� ���� )� �� ���� ��� �� ���� ��� ����������� �� ����� ��� �� ����

������� ���

!� �������� �� ������ � �� �� � ������ ����� �� �� ��� ����������� ���

��� ��� ��� ��������� ������ � ������� � ������� � � �������� ��� ������ ����

!� �������� ������� ���� ���� �� ������� � �� ����������� �� ����� ��� ���

�������� �� �� � ����� ����� �� � ������ ��������� �� � ������ ������

!�� �� ��� �������� �� �������,� �� ��� ����������� ����� �� ������ �������

--.

Page 130: In-Situ Raman Spectroscopy

�����

��� �������� ��� ��� ������ �� ��� �������� ��� ���������� �����

����� ������ ���������� �� ����� ��������� ������ ������������� �� ��� ����

������� �������� ���� ������ � ������� ��� � ���� �� �� ������ ��

�� ������� ��� ��������� �� ��� ���������� ������������ ���� �� ��������

��� ��� ����� ���������� ���� ���� ������ � ��� �� ��� ��������������

�� ���������� ����� ��������� ������ ��� ���� ����� ���� ��� ����������

������� �� � ������� ����

!

Page 131: In-Situ Raman Spectroscopy
Page 132: In-Situ Raman Spectroscopy

Bibliography

��� ������� � ������� ����� ������ ��� ��������� �������� ���

���� ������� ����� ��������� ��������� !� "#�# $�������% &��$'(

������� "#���

�"� $���)�*��� "#�� +��*�� ���� �����% "#���

�,� ����� ������ !��--)))�������������-"#��-#.-����������������!����/�

,��0�����1�)�!��������1�������2 �"2 342 �"���!����+1-% "#���

�4� 5� 6���� ��� 7�8� !����� ��� ��������1��� �����+ 9������!��� :��)!�

������� �� ����� �����% 43;4<�/44=/>4% �?3#�

�>� 8� ���������� � ������������ ���������1 ���1 � !� ��������� ���

:��)! � �������������� ����!������������ ���� ����� �����% �,#;��

"<��/>=�.#% �?3>�

�/� $��� &������� @���� ���������1 ���1 � !� :��)! � 61���+�����

����!��� ������� *1 :��)�����!��+�� ������� �� ������ ������� � �����

���� �������� �������� ��� �����% 4;,% ��� �<�>�4=>�.% (�1�7�� �?3/�

�.� �� A�1���% �� $��� � &�*�������% 8� ���������% ��� @� ������� $��� ��

������������ ���������1 ���1 � !� :��)! � ����!��� ��� (�����

��1������� ������� !���5��� �������� *1 ��������+ ������� ���������

��� 61���+�� ����� ������ ������� ������ % >";.<�>�,/=>�4,%

��+ �> �??>�

�3� 7�6� B�!% C�6� A��% 6� 5�D�)���% &�$� �����E�% ��� $��� &������� '���

�F���� � !1���+����� ����!��� ������� ����� ����� ����� )�! )�����

� ��1��� +����� *1 ������� ������������ ���������1� �!!���� ������

"������% .,;��<��>"/=�>"3% ��� �4 �??3�

�?� $��� &������% ���� 5������% :�(� 5�������% &� &!��% 7� B�!% $�7� B����%

C� A��% 7�(� ������% ��� &�$� �����E�� �������� � ����������� ���

��.

Page 133: In-Situ Raman Spectroscopy

����������

����� �� ������� � ��� ������� ��� ��� ��� ������ ������ � �����

�� ��� ��� ���� ����� �������� �� ����� ���� ����� ��� ��� �����

������ ���������������� ��� ����

!��" #� $��%������ &�'� (�� ��� $�)�� $� *���)�� +� #��,�� -�&�&�

.������� ��� &� /� &� (�� �� 0������ 1��0� � 2��� 3����� ���� 4���% ��

5����� �� 6�%� 0���� + /��� 0 ��� 7 3��� 0����� 2��� $���� �� ��

�� &����� ������ #8 � 9�%���� 1� ������� �� �� ��� ���� ������

� ��� ����� ����

!��" 3� &���� &� &�� ���(�� 4�-� 5�� :��� 0� &� ������ +� &���)�

9� 0���� :� ��� +� #��,�� 1� 0� � /��� $� ����� �� 7 ��0�;�

0� 3����� 0�� /���� (�� 3��������� &�������� � $���% 0�����

5</=$� ���� ������� �� ���������� ��� �� � $>1� ������?;�5*>�

3>=� ���� ��?����

!� " 2��� .����� ��� 9�-� #�@ �� >� ���� <������ 0��� ���� � 38���

�� 1��� �A�� �� 7 0������ �� �� 5����� $���� �� 7 *��%��� ��

+������0����� +����� ����� ������ ������B����� �?���

!��" /� C�� ��� �� 5���� 0�� ����� 9���(�� >� �����<������ ��� <��� �����

5�� ��� 7 0�*� 92 $�����%�� � ���BD &*: �� � 0���� ���� 5�������

5�� � /�A%�� ��� ������� �� ��� �� ��� � �� ��� ��� ��D���DB�����

��� �� �??��

!��" 6�*� #�� &� .��� &� 2�)�8�� .� 0�� �� ��� +� &� ����� *�%� � �

����� �� 7 ������ ������ ������ ����% ��(�� ���� ���������������

�������� (�� ����� ��� �� ����� ������� �� � � �� ��� �� ���� � �

!������� �����+��6���D�6����� >� � �??��

!�B" E� 2�)���� E� 0�)���� /� 2�)��� E� 2�,����� .� +:���� ��� *� 0�����

>� ���� ������� ���� ���� � ��� 8�� ��%� � � %8 � 7 �������

������ ������� "� � ��� � # �$�� ��D� �� BD� D�� &�� �B ����

!�D" 6� 2�� )���� � �� &���� 5� 3��� �� F����� ��� +� 0���� 5����� ���

��� �� 7 ��� A�� ������� )��� ��� ��� �� �� � ���� ������� �����

����� ����� ���� ����� ��� ��� ����� ������ ��������B�?�B�B� >�

�� �

!��" ��.� 9� �� 9� *� �� 2��)��� +� #��,�� 9� <� 1� 0����� ��� -� ��

���

Page 134: In-Situ Raman Spectroscopy

����������

��������� ����� ���� �� �� ������������ � ������ � ���� ��������

�� ���� �� ������� �� ����� ������� ����� � ���������� � ��� ����

!"�# $�%� &� �� '� (��� ) *���� + +� ���� ,�$�$ -������� � � $�.�$

&� �� /� �� � 0����� �1��� ������������ � ������ ����� ����� ��������

��� � ���� /�0� 2��� ������� ��� �� ������ � �34 �5� '�� � ����

!"6# 0� *����� � � 7� 7��� ����� �� 8�����9�� ��� $������������ � /���

��� �� /����� :� ; ��� *�� �/����������� ������� �� ��� �����

��4%�"5� �3� �"� "6� �

! �# <� =����� +� +� ���� *� .������ 8� 0��(�� 7� 0��:� � <� -���� >� 7��

:��?� >� $��(� )� *���� � � 0� ,�� ��� ; �� ��� ������������ � ������ �

> �� ������ ��� ����&������� ����� ������ �������� ��� ����� ���� �

� 4"� 5�63�"��� >�� "� ����

! "# 0� *������ @�8� ,� �� � � 7� 7��� 9�� < � 8�� � *�� �/����� �

$������������ � /����� � ����� ����� ������������� � �64�5�� ��� 6� "6�"�

! # 7� 0��:� � $� 7���:���� 8� 0��(�� *� .������ +� +� ���� � � 0� ,���

��� /������� ��������� �� ������������ � ������ � �� �� ����

��� ������ �������� � � �������� ������ ����� ������� �������� �

��� �� �� ������ �� ������ ��������� ������ ��� ���������� ������

��� � 334�5�"��3�"���� A� "66��

! �# ��@� B��� A�'� 7��� ?� � A� 7� � '�C� 0� � � � D� ,� �� 8������ ���

�� �� � � *�� ������ � �� �E� �������� 9�� ���� ��� ��������

� ������������ � ������ � ������� ��� �� ������ � 3�4�5��6 ��6�� A�� �

"666�

! �# .� <���� �(� /� =����(� � � ;� �������� >������:���� �� *�� ������ �

��� �� ���������?��� �� � ��������� � ������ � ��� ����� !��� � ��34"�

5�"���"�"� A� "" "666�

! �# .�=� *�� � � -�/� -���� � � > %�� 9��� �� /��� ���� *������ �

������ " "���"��� � A� �A� "6 ��

! �# 0�,� 7� � � >� .���� � *�� $������� � �� 7���� 9�����

���� '��� � 8����� 7�����0��� � �� /����� � ��� ���� "�#��$ ������ �

��4 �5�"����"��3� "6���

""6

Page 135: In-Situ Raman Spectroscopy

����������

���� ���� ��� � �� ���� � ����� �� �� �� ����� � � ������� �������

���� �� ��� ��� !"#� $#�%� &�#�

���� �� '��(��� �� ' ��� � �� )��*���+��� ,� -���� .� / ��� ,� 0 1*2���

,� ���*2�(��� ,� �*�������� 3� ��*���� �� 4� �5������ 0�(���6�����7

� �� �� ����� � ��+���� � 38�)��9�: ;�: ����� �� �����*��

/�<�- �=� ��* � <� �� � �������� ��� ���� ��� ����� ����� �������

����� �������� ���*��>� �??&�

��&� ����<� ��� �� �� -� 9���� �������� ��� ������ ������ �������

����� ����� /��@� ������� 8�>������� &&��

�%?� �� ����� A� A��(�� .� '�������� -� 3�7�>�(� 8� 0���� 3� 0 �>���

-� :**�� �� 0� :+�� B� ����* ��� � ��*��� B ��� �7�*����� ����� ��

<� �������� ��� ������ ������ ������� !�������� � "##$ � + ���� C#�

B � ����� %������ ����� ����������� &&��

�% � ��3� �*�>�� �� ���� � ����� ��+���>�� � ����*�+�*7 ���(�� ��

�����(��8 ����� �� �� �� ��� ������� ���� �� ��� % �C!"�&�$

�&C� &���

�%�� �� )���� �� )� -����� 8��*� �� B ;��� 37�� B D� �� �� >7

������� 07� (�� 8��� ;��� *� ������� � � ���� ������ ��!"#�%$

=� &#��

�%%� -� A5�� �� D ����� ��-� �� ����� -�D� ;�@��� �� D����� ��)�

0�(� - >���*7 07� (��*�� �� :E�(��*�� -�� �7�*����� ���� �� �

8� * �����*�+� -*��� �� 8� * + �*�� ������*� ��� ������� ����

�� ��� #?��#!"%��&$%�& � ,�� �& &&��

�%C� -� 3�7�>�(� 8� 0���� �� ����� �� A� A��(�� �*��*�� �� ( @*� B

�7� (��*�� ��� �7�*����� ����� �" <�+��*�(*� � >7 *������� � �����

* � ��� �� �7 �� ��� ����* �� �7 B F��� ( @� * ��G���* ����

�E��**� � B�H�������� ������������ ���&��� � � ���� �� ��������

� �� � ��� ��� '���� ��� ��������� ������ �� � �I� !"% $C�� ,� &&��

�%I� A� A��(�� �� /����� ;� �7��� ��3�'� J�* � :� )�**��� �� �� ����� ���

B��*� �� ��� �7�*����� ����� � ����� @�*� � * @�� �)�� <� ��������

��� �� ��������� ��������(��� )�����**�� -*���� ������ � ���*7

�7�� ���� 8 ������(�� �??��

�?

Page 136: In-Situ Raman Spectroscopy

����������

���� �� �� �� � �� �� ����� �� �� � �� �������� �� �� �� ��! "� #�� �

�$��$�%��� �� � $�� �� �� $� � !�&����! �� ' ' ������ ������� �� �

�� � ������� ()*++, ��� + -../�

��)� �� ��%�� !� �� ����� �� �� �� ��! 0� �����0� ����� ���� �1 ����$2

���� ��! 3&��� �$����$ 4��&����� �1 5'� � � � $�� 4��&���! �� �'�

5������� 1��� �$��$�%��� �� �� ����&'��� #��6�'� ���� ����� �����

/+)*-�,7��(- 8 ��(/ -..(�

��9� ���� ���'� ��6 5��&������� 4� %$�%��� �� � $��7 � ��0�6 �� :�2

&����� 4'%�$� 4��&����� ��! �� �� �� �&& $������ ����� �� ���

��� ����� ��� ����� � ��� )�*;,7;�+8;9) �&� + -..��

��(� �� �������� �� 5��'� 5� ����< �� 5�6�!� 5� 3<����� ��!

�� =�<�>��� 5'� � � &� %2� �� �� �� �� # ��� ��������� ����$���!

�� ��6 5��&�������� ?� ��� ����� � ����� ��� ��������� �&� +((9�

�;.� ��@�� �� ��! A� �!�� �� �!���� ���� ��! �� �����"������ ��� �� ���

����� ����� ��'� � �% B ���� ��! -..��

�;+� �� C� �� �� ���@��� �� 3�'�� �� :>��!��� 4� �� 1 C� ��! �� �� ����2

'����� �� C��� :� C���� � �� ������� #� �����!��� �� ����� �

C� :�'����� ' D� E� ���2���0�� "� �� ���� :� ����� �� C��$'��

�� ���� ��! F� ��� � ��$��� !�0� �&����� �1 ' '2�G$��$% �$�����&'

���!�� �� �� $� � � ��2� 4D�E: ���$����� ?� #$�� ���� �� ������

"������ ����� �� ��� ����% ��&������ -.+.�

�;-� ��D� C�$@���� � ����% � ��% ���% ���% (7/�+ +9�(�

�;�� 5� ��$'����� & � ����' � � ���� � ����� �� ��� �� ����� � ���� 4': �'���

��5A ��$'�� -..(�

�;;� 3� � ��' C� ��$' �� A����� �� ��!�� #� �$'�&� �� C���<� A� �� 2

��� �� ��H ��! A��� �$'�$<� 5�I���� ��$'�! J�3 7 � $����! ���

���������� 1�� � $�� ����! �'� K � �� �� $� �� ���� ����� ����� �/+*+2

-,7-;)8-/� �F# �. +(((�

�;/� �� �� �� C� ��$' �� �&�� �� ��! �� E���$�<� 5�3 ��! '� ���&&�

� � $�� �'� K � �� �� $� �� ����� �� ��� ))*�,7(+)8(�. -..;�

�;�� :� #����< C� ��$' �� �$'��� �� ���$< 3� 4�$�� F� C����� ��!

�� C�%��� ?�L���$� �1 $����������� �� �'� &��1�����$� �1 �'�2K �

+-+

Page 137: In-Situ Raman Spectroscopy

����������

������� ����� ���� ���� �� � �� �� � ��� �� ����� �������� ���� �����

���� ������������������ ��� �� ��!�

"�#$ %� &����'(�� )� ���*+���,�� -� .�+�� *� /� ���0� 1� 2�� ��'�

3� 4����� /� 5����6�� -� 7������ &� 8��� 9� . �(��� ��� 1� -���

:�;��� �� (�� ����� ��� � ���+��� ��� ������ � �� �<.��9 �����

��� ��� ��� �� ���� �� ������� �������� ������� 4�, � ��!�

"�!$ )� =���� &� 8��� 5� 8����� )� 8������ -� 7������ ��4� ,�� ��

>��0�� >� 9����0�� /� 3��(� *� )� ���*+���,�� /� ���0� 8� -�+�

&� - *� -� .�+�� *� 1� 2�� ��'� ��� /� 5����6�� ?@��� ��� �� ����

����� �� �� ��������� ����� ������� ���� � ���� � ���*� ����� �����

:�;��� �� �� ���� ��� �� ��� ����� ��� ��������� �� ���� ��

������� �������� ����#�� /� � ����

"��$ A� /���� ���� >� �� ����� >� -��0������� ��4� ,�� �� >��0�� ���

8� -�+� B����� ������� ������� ��� ��� + ����� ��� ���� ���������<

����� � ����+��� ������� ����� ����� ����� ������ ��������� ��� �����

������ !#��<�� .� :��� .:��#���!��� ��� ����

"��$ ��4� ,�� �� >��0�� -� .�+�� *� &� /�*���� 8� -�+� &�����

=����� ��� ��7��� ,�� � .����� )+ ��� �� ����� ������ ��(� ��

+� ��� ������ +��+ �� ���� ��� �� ��������� ����� ������� ����� �����

���� ����� ���� ������ ����� %�� � ����

"��$ /�9� ��+��� %� 7������� 8�B� 4����� -�.� 7������� ��� :� 8��(��� ><

��� ��� �� >,�� C���� �� 3�' 9 7�� � /���+���<.������� �� ���� ��

������� �������� �������# !��#��� ��� � �����

"� $ .� ��+� ��� %��� ���*� / �,�' �� + ���� ��� �� ���(�� �� ���

D���� ������ ��� ������� ���������� !������!����!��� ?� �����

"��$ 3� ��� ��� ��� >� B�� ���� B����� ���� ��� �� � ���� D��� ��� ��� �����

/ �,�'� �� ���� �� ��� ������� � ��������� � ��� � ������ ���

���� �!���� ���� ���� 4�,<>� ����

"��$ 8� -�+� )� -���+0� )� -����� %� ������ -� .�+�� *� ��� &� /�<

*���� ��������� ����� .������ ��� 3��� /�� )+�� E��� .���� 7���� ����

����� ���� � #��< ����#����� �/- � ����

Page 138: In-Situ Raman Spectroscopy

����������

���� �� ����� �� ����� �� ���� �������� ������������� ���� ������� ��

�������� �������� ���� ������ ��������� ������������ �� �� �

����� � !"#$�%&'� "'' �

�� � (� )����*� +� ,-.��� �� /��� ��0��� 1�2��� 3�..� ��������� �4 �����

��������� (��� �������� .� ��������5������� 1������ ������

�� 5�������6��� ���0�� 78�9������ � �� &88�9������ �� ������� ��

���� �� ����� ����� ����� "&!�#$:'�%�87� "'7"�

��;� (� )����*� �� 1��<�� =�/� (������ �� �� 3������� �������� �4

������ ,�6��� (��� 9������ �� ��� ������ �4 ��� ��������� �4

��� 9������ , �������� ������� ������� ���������� >��6�� ""7� ���� ��

"'77�

��7� ���� 5��� ?��� /������ 2� 5������� �� �� 3��*��� ������ �4 (��

�� @��0��*� (��6��6�� ������ 9������� ������� �� ��������������

������ ""&!���� "#$"�"%"��� 9�� "'7'�

��'� /� ����6��� =������ A���� �� ������ �4 �������������� �6�

��(�1 4��� ?��0�9������� ������� ������� �� �������������� ������

�'� !9��#$; ;%;;&� "'7��

� 8� @� (�.���� A� =6*6��� 1� ������ �� 1��� (� ���� �� ,� (��<6�

?��0�� �4 /������6� �� ��������� (��� .� 12��)9 !1������ 2���

��� B����� �)9#� >��6�� '�� ���� ::�� "'7;�

� "� /��� ����.��� �� ��B� �.����� �������� �� ��� � �������� ���

������� ��������� 3���� @�0 C��*� "''&�

� :� 2� �6��� 2��� BD��� , ��������� ������� �� ����� "�!�:#$&:�%E�

"' &�

� �� 9�/� ��� �� �� ����������� ��?��0�1�� ,�������� ���* ����

���� @�0 C��*� "';;�

� &� �� ������� ����� ���������� �� ������ (������ ����� "'7:�

� �� �� (��� 2�/������� >� (0��F� 1� 9�*��� /���1�@� ����� 3�����

A������� �� ������ >� �� (���� 9������ ��� ������� ���6��6��

�4 ������������� ���� 4��� 2��� �������� ������� �� �� '&!�#$��7:%

��77� (B� " :88��

":�

Page 139: In-Situ Raman Spectroscopy

����������

���� �� ������ �� ��� ����� �� ����������� ���� ��� ��� ����� ����� �

�� ������� ������������������������ �������� �����

���� � �!�"� #�� $� %#���#� &#!#� '�#�����( �� �)� #�� �*��(��#���

+!�,��)��-�!#��)! #�� '������ ������� �� �������������� ������

.�/��.012�342�5� �5�5�

��6� $� -�!������ #�� $� %#���#� +7��)�� %����'������ �� &#!#� '�#��

����( 7* ������� �� '������ ����� ������ ���� ����� ��������

���/�01�334���� �56��

��5� +� 8�������� 9)#��)! ����* �� !��#��!�� ���# (#���� ������������� ���

���������� !����� ��� "����������� ����!����� ����������

#������ ,#(�� ���4���� �5�2�

���� :�+� ;�����!� <�-� :���)!� #�� 8�;� )(���� +,,��#���� �� ��� '),��

,������� �����,� �� '�#�%� +�#*���� $%%% ���������� �� %������

&�'��� ��/.01��34���� �5�5�

���� :� =����� &#!#��,�>���>�,�� ?) %�##>������)�( ��� �'�1� )��

��@#����� $#���#���� $#���A� ������� &BC� +#����� ���6�

���� C� &�����>� C� &�,!#��� <� $)�� � &���� #�� �� B#(��� %�!,�����

���� '�)�* �� $����*��#��� '����� '�# %�� �,������ #� ��(� &#��

����( �.�3� $�? �#�!#�8��#���� %��!��# �#,� �,�������� �������

�� (���� ���� ) �������� �(���� ������� ��� *��� � ��/�0125�4

256� $#�+, �����

��.� +�+� ��@��(� � '�#�!� �� %������ ;� '#��������� #�� %� ����������

:#�� �D)��7#���� �� ��#��E�*��(�� ,#�!#� �� #(� #�# &: �#,#������

�#���� !������� 7* �,���# �!������ �,�������,*� ������ ������ ��

��� ��� ���������� ��/201��5� �����

��2� '� F)��!)#� G� H����#� #�� $� =����� C�!����,������ (#� ,�#�� >�������

�� # �*��(�� ��)��� ��#�� ,#�!#� ++��� ����� ,������� 521���3���

���5�

��3� <�$� ��#�� #�� <�B� $#*�� ,���� ������� �� ������������ +�#��!��

����� F�@ H�>� �56��

���� '� $)��!#��� $� $���� &� '��!��?� B� +,,��?��� +� $��>� #��

+� -���"�� C�� 8I��� �� ���)7�� �8%� 8������ ')�#��� �� ���

��2

Page 140: In-Situ Raman Spectroscopy

����������

���������� � ��� �� �������� ������� ������ ������� �� ��� ��� �����

������� �������������� ������� � ��� � �����

!""# �� $����� � ��% �� &��%�� '(� ���� �)����� � (��(*� ���� � ��������+��

������% (% ���� �������� ������� �� ���� � ���� ��� ����,�� $�+ � ���"�

!" # �� -�.��� -� $��(������ -� -�.���� �� &��%�� ��% /� �����%�� 0��%���

� �������� � �1������� ���1���)�% ��� �(��� ������� �� �� �� � �2�( �����

������� �� ����������� �� ��� �� �33*�3,�4� � ���,� � ,�� �����

!",# �� -�.��� -� -�.���� -� $��(������ �� &��%�� ��% /� �����%�� 56��������

�7���� %����%���� � �(� ������� �������� �������� +�� %��������� ���

��������(�� �� ������ �������� ������� �� ��� ��� ����������� �8���*

8���� � �8� �����

! �# 5� /������%��� /� �����%� 5� &������ ��% 9� ���� ��� ���( � ���� �

����� � ������ ��(����% %��������� � ��� �� �������� �������� �������

�� ���� � ���� ��� ,"�"�� /� � �����

! �# 9�0� '�(���� �� &���� � ��% :�;� /1������ -(� ��� '��%����+�� � /��(�*

��� -(��*������ ���� ��� ��� �� �� ���,��3�""�3� �� ��� � �,,��

! �# �� <��� /�9� ��'������� �� /�(��(�� &� &� �1���(�� ��% &�5� 0��%*

���� -���� ��� �*%����%��� �(� ��� ���%����+�� � ��%���% ���� �*

������� ������� ��� �� �������� ���� ������� �� ���������� ��� ������3���

3�3� �/; �����

! 8# �� ����� ����������� �� !�� � ����� �� ��� �������������� ���

� � " ���#$����� ���������������� 4(9 �(����� ;=-� /��(��� �����

! �# ��=� =�� ��% :�: �� ���� >�2 -���� ��� � -(� ���*'��%����+�� �

?��� @6�%�� ���� �� ������ ��� � � ���� � ��������� �"������������

�,"8�

! �# ��'� =�111� � /�0� '������ ��% $�0� '(�2� '������ *���������� � ���(

����% ������� � /�� �(���*�������� ���� � ���� �� %������� �8�"��33,�

3"�� �, 8�

! 3# ��:� 5��(�� � A� 5����(� :� ����(� � ;� 0B�(� � 0� )�%�� 0�0�� /� �� �*

� ��(��%�� /� >��1� ���� C�/� >������ ��(� @�� '�;� C�%��� �� =�1� � ��%

A� =��%�� %���� ���� �� �� ���� ��� ���� +����� /� >��� ���%���������

�� ���� *C� ���� A� ���� ���%��1� �� $�2 D� .� �����

���

Page 141: In-Situ Raman Spectroscopy

����������

���� ���� ��� �� � ������ �� �� �� �������� ���������� �� ���

�������� �� �������� �������� ��� � !"#$%&�'(� )�*�

���� �� +��,-��.� /� 0�������1�� 0� ��2�� 3� 45���� �� ����1��� ��

�� 6���7�� ���- ������ ��2��� ����������� �� �����25������ 5������

5�� ����5� ������� ������ ������ � ���� ����� ������ 8! #$&"&'&"9�

:�. "* *�

��)� �� ��������� ����������� �� �-� �-��;��55 �� <�����=>��5���

�� ����-��5 �������� ������� �� ������� ���������� �����������

%! "#$ " 8' """� )�&�

�)*� +� +���� �� +��-���� ��/� ?��;����� 6� �������5� �� +�>�+� .� ��

������ @�=5��� ��5��55��� ��5������5 5 ����55 ������ �� �-��=A��

5������ 5�� ����5� ����� ����� �������� ��� ����� ���� "* �

�) � �� +��-���� ?� B��-��� +� +���� +� ����51��;� �� >��5� ��

�� 6���7�� +�������� �� �-� ����- �� �����25������ 5������ 12 ��5�=

��-���� �-����� .�� ����5����� �5��� ��=5��� ��� 5�����5���2�

������� ������ ������ � ���� ����� ������ 9!8#$ 88' 8%� �� "* �

�)"� �� B�2��.� �� 6�1��� C� ���7;�.��� D� ������ �� ��-�,� � E5���.�

�� B�;��-���� @� ���1�� 0� ������� �� +� ��-����� @����� 5���5

�� �����25������ 5������ A�� ����-� ������� �� !��� ��������� �������

)�="**!C� "#$ * "' * %� ))%�

�)&� C� ��� � >1��5� C�5� ��-���� �-����� .�� ����5����� �� ��=

�-��5� ���2���-��5 �� �����25������ 5������ A��5� ������� �� !���

��������� ������� "%%="%)!C� #$& ' &�� "***�

�)8� ?� B��-��� �� ��-��-�� �� 0������ �� 6���7�� ��D� C�5�� �� �� >=

��5� 6����� D��-��� �� �������=�5�� �-�� ?���5 �� ����-=��5��.��

+�5������5$ �-� D����� �� ��� >25�������2� "��� ����� #�����

9"*$"%*9'"%*�� "* "�

�)9� B��� /��� �� >��5� �� �� ����1��� <����� �-����5���5 �� �����5��

�����25������ 5������� �������� ��� � %%! #� ��� 9 "**"�

�)%� /� ����� D� E���=��.��� � ?���;���-�� >� ��,� �� �� �--� +�=

��5������ �� ����=������ .����� �� �=�=� �����25������ 5������ 5��

����5� ������� �� $����� �������� )&!)#$9�"�'9�&"� +2 "**&�

"%

Page 142: In-Situ Raman Spectroscopy

����������

���� �� ���� ��� ��� �� ������ ����� �� ������ ������� ����� � �� �� ��

����� ������ ��� ���� �� ��� ��� ������ ������� ����� �!!� ����� ������

������� �� ��� �������� ��"#$� ��� %& '(()�

��*� +�,� -��� .�/� -��� +� +�� �� � /� -�� � 0� +���� ��� 1�2� ������ ��!

����� ��������� ��� ���������� �� � ��� ������ ������ ������� �����

����� ������ ��� ������� �������� **"')$� /�� ') '(()�

���� �� ������ ��3� 4�� ��� 5��6��� �� 1����� .� ����� +� .�7���� ��� � ���!

����� 8������ ������� �� � � ���� ������ ������� ����� ����� ����� ����

�������� � ������ ������ ����������� � ���� ���� ������ &%)"%#$9#)::

; #):*� '((*�

�%((� ��3� 4�� ��� 5��6��� .� ����� 2����� �������� ��� ��1��� 4�� ��

0������ �������� �������� �� ������ ���� ���� �������� �������� 9

� ���� ���� �� ��� ������ �������� �� ������ ������� ������ ���

������� �� �������� �� <� ': '((��

�%(%� ��2� 1����� ��� .�-� -�� � =���� >��������� �� ���!��� 5�������

! =��������� ��� <�������� ��� ������ ������� +������ ������� ��

������ ������� � ��������� �� �"&$9%%&&;%%)#� 0��!?�� %�*��

�%('� �� ������ -� �� ������ <� �������� ��� �� =6���� 0�������� ����������

�� ���� ����� �� ������ ������� ����� � ������!�������� �������

4���� ��������� ������� �� ��� �������� *("%($9)()%;)():� 3�4 %&

%��)�

�%(:� �� �@���4� �� �� ��� �� 1����� ��� 8� A��6�� ?����� ��� ��������� ����!

�� �� ��� ������ ������� ����� B��� �������� � 4�� � � ���C����

��� ������ � ��� ����� ���� ����������� ������� �� ��� ��������

*%"%%$9�:�);�:*&� /�� % %����

�%(#� 3� 2 ����� 8� ������� �� +�����@��� >� D������ E� ������ <� 0����

<� 8������ ��� �� D�����6� A ��� ������ ������ ������� 0���� ���

8����4����� <���������� ���� ����� ���������� )�!*9*�;%((� %����

�%(&� 1�� ����� /� A����� �� 1����� ��� A� 2� ���� 3�������� ��� �����

�� ���!����������� B��!�� ������� �����9 � ������ ����� ��������

��� ����� ����������� ���� �� ��� �F����� �� � ��� �� ��� �G�����

����������� ��������� ������� �� ���������� �� �'"%$9% ; )� '(((�

%'�

Page 143: In-Situ Raman Spectroscopy

����������

����� �� ��� �� �� �� ��� �� ���� �� � ���� �� ����� �� ��� � �����

�� ���� !� �"����� �� � ����� #� � $��� � �� �%�� &������� "'

��() &�*# +��� '"� �"� � ��� ,,��� ��"��� ����� ���� ����� ��� ���

����� ������ --./0*�/1 2 �34� /��4�

���-� 5� � �� �� �� ( �� �6& �7 ��� �� ��������� �� )�"8� � �� &� �� 9�:���

"' ��;��� � "� �� ����"�������� "' ����"��%�� ���� �����"� � %�� �

����� ������� �� ����������� �� ��� ��� /<<. �� ;0*�/�<2�//4� �,� �

/��/�

���=� ���� ����� #� &��;�$� >� ?� �� � ������>�>� 7 � &@ �A� )��6

��� ��"� "' �� >";����% B , "' 9�������� �� �6&�*# �� ,6�6� &"� � �����

������� �� ���� �� ��� ��� ��1.30� �; �1 /��<�

���<� >�C� 7 � � )"���� !� ���,�� )� B�����%� �� ���� �� #"�;�� ��>�>�

������ � >���>� 7 � & ��� >���"��%�� ���� �����"� ,"����"�*

�"��� �� ;����% � ,�"��� �"���"�� �� � ��� � � ���� 1�1.�<0*-3112-31<�

5�� �� /��-�

����� ��5� � �� B�?� ��� 5� � �$� &� B�� � )��� ����� ��"�� )� # �� � ��&�

5� �$� #%�"$� �����"� ,�"+���$ '"� �%�"$� � ����"��%�� ���� �����"�

�"� � ����� ���� �� ��� �� �������� =1.��0*�<112�<1-� &, �4 /��3�

����� �� > ��� � B�"@�� ��� ���� "' ����"��%�� ���� �����"� ";� �� '�"�

� ���7 ,� �� �� �� � ��� � � ���� 44-.�6/0*�2�� 5 � �� �<<<�

���/� >� �"�"� >� ��� @ � ��#� B�"� � �� > ��� � #�$� � � $�"@�� "'

����"��%�� ���� �����"� � �"@ ��,� ����� ������� �� ����������� ��

��� ��� /��. �� 0*=32=<� > % /����

���4� &� ����� �� ���$�� �� � ����� � >� &���8� ��� ),"����"� "' ����"6

��%�� ���� �����"� ,�, � ;% �"�6@�� ����� �67 ,"� ,"����"�* !� ��6

:��� "' �� ,"����"� , � ���� "� �� � ��� � ,�",���� � �"� �

��� ,�'"�� ��� ������� �� ���� �� ��� ��� <=./0� 5�� �1 /��1�

���3� )� &���� � 9��� ���;� �,,� �� � "' > ��6&,���"��� )� $�"���� !��6

��D� �� &��% "' �'��$�"@ � �� �� ������� �� ��� �� ������ �� ��� ���

�.�/0*�34�2�33�� �<-4�

���1� ��5� E7�8�� 5�#� �;�� �� � 5�!� (�%�� ��� ����� "'

�/=

Page 144: In-Situ Raman Spectroscopy

����������

��� ���������� ��� �� �������� ���� ����� �������� ���������� ���

�������� ������� �� ��� �������� �� !"#$�%%&$�'$� (�� $) $*+*�

,$$�- .�/� 0���1��� 2���� ��� 3����� 2������� ����� ��� ����� �������� 4���

������ �� 4������������ ������� �� ������ ������� � ��������� �������

�������� �� ������ $$ !� ���� $"#$$$!&$$$+� /��(�� $**'�

,$$5- (�(� 6�7����� .� ����������� /�.� ������� ��� 3� 6����������� 8��� ��

������ 2����������� �� 6����� ��������1�� ����������� �� ����� ��

������ ������ ������ ��9������� 4�9��������� ������� �� ��� ��������

5) '"#$'!:&$')'� �; $ $**!�

,$$+- 3� (������� 3� 2�<���=��� 8� ����� ���� ������ ��� �� >�������������

4?��� �� ����� ���������� �� ��� ��9������� ���� �� 6����������� (���

9���� ������� �� � 2���@�� ������ ������ ���������� ��� �������

�������� �� $"#+)&+5� /�� % $**)�

,$$*- (�3�A� >��;�������� /� >�1����� A� � ��� ��� A��� ��� A�/� B���

����� ��9������� ���� �� ��������� �������������� ������ 9������� ���

������� �������� 5� $)"#%::%&%::!� (9� $: %:::�

,$%:- (�3�A� >��;�������� ��������� ���������� �� �� �������� ��������

������� ����� �� ����� �� ������������ ������� ��� ������� C��������� ��

C������� %::%�

,$%$- 3� ���<���� 2� D����� ��� (� 2������� ���9������� �� ����������������

������� @��� �� ����� �������� �� $: ��E� ����� ����������� 9������ �����

��� �� ���� ���������� ���� �� ''+'!:#!% & !�� %::!� ����������� �� ���

%:�� ������������ 3��������� �� (���9���� ��� 2��������������� ����

�����������

,$%%- /� ������� 2�������� �� ��� 9�7�� �����9����� ��� ����;�������� �������

��� ������� �� ��6462 � ���7 ����������� ������� �� ������� �����

�������� %� $:"#$��%&$�5*� $**'�

$%*

Page 145: In-Situ Raman Spectroscopy
Page 146: In-Situ Raman Spectroscopy

Danksagung

�� ������ ��� �� �� � � �� � ��� ��� ��������� ��� ��� ������� ������

����� ���������� ������ ��������� �������� �� �� � � ��������

����� ��� �� !�� �"� ��� �������� ��� ����� ���� ��� ����� ��� ��� #��$

� ���� �� ����� %���� �� ����� ����&��&�� ����'���� �� ����� �'��������

(���� �� ��������

����� ��� )������ �*�����& �"� ���� %������� �� ��� ����� ��� ��� +��������

��� ����� �����

��� ��� �����,� �"� ���� ���&������� ��������� &��� ��� %���� ��� ��� ����$

���� -����������� ������ ����� �� ������ .��� ���� � ���� ���������������

������ �������� ���

����� ��� !������� /����� �"� ��� #�"�������� ��� ��������� ���������� ���$

��������� ��� &��� ������ �� !�� �����

#����� 0"��� � �"� ��� ��������� �� 0��� ���� ������ ��� .1'�������� ���

����"���� ��� ��� �'�� ��� 2����� ��� ��� &���� ���� %����� ��� ��� ��$

����� ��� ����� ��� ������ � ������

2����� -���� �"� ��� )���������� ������ ����� ��� � ����� )���1'�������

��� &��� ������ �� ������������ ��� !����$�'�������'���

��� 3$-����� (��� !�� � ���� ��� ������� #" � �"� ���� ���� ���������

����������'����� � ���� �� 0��� ��� �"� ���� �������������� �./)� ���$

�� 4��� ������ �������� � �����������5�

��� ����� 0��� �"� ����� ����"���� ��� ��� ���������� ��� 6���������'$

��� ��� �"� ������ �� ������������ �� &���� ������� 2������

��� -����� ��� #����� #����� ��� (�&����� #��������&�� ��� 7�� 8�����$

������ (����� 9���������� ��� ������ � �� �� ��� ��� ��� ������ �"� &���

���������� �������������

��� #������������ 8������ �''������ ��� ��� �����* 0�����* �"� ����

���&�� 0��� ��� ��� -����'��� ��� ��$��� !���� .�������

:;:

Page 147: In-Situ Raman Spectroscopy

��� ������������ ������ �� �������� ��� ��� �� ��� ���������� � ���

�� �� ���������� �� �� ������� �� ������ �� �� ��������!

�! "����� #$� �� �� �! ����� ������ �� %�" "������� �� ���&�

����' ��� ��� �� ����� #���� ����&������ ����!

(��! �! )��� ���� �� ���� ��������� ��������� * %�� � �� ��+�����

(��� ��!

��� *��������� )����������' �� ����� ��� � � ���� *�� ����� �����

�� � �� ��� ��� �� ���������� * ,������� ���� � ��� ��������� ���

��!

��� ��������' ��� ��� �� ������� ����� ��&��� ����' -���� ��� �� ��� ���

�+�������� �� ��� �����������&� ��+&���� . ���� ������' �� �� �� ��� ����

�+�/ �� ���� ���' ���� ������ ��� ��*�������!

012

Page 148: In-Situ Raman Spectroscopy

List of Publications

���������� �������� ���� ���� ������

�� ������ �� ���� �� ������� �� ��������� �� ���� �� �� �� ����

��� ����� �� �� �� !�� "�#$� ����� ��� �� ���� � ��� %���&����' �� ��(

� �� ' ������ ������ )��� � ������� �� ��� ��� ���������� *+,-���������

*./ �01,(�012 *+11

�� ������ )� 3����� �� ���� �� %��� !��� �� #� �� �� �� �� ����

����� �& �� ��� & �4�� �� ��� �� ' ������ ����� !' ��� ��(������ ����(

���� 5��� ���� ���� � �& �( ��� ���� ���� � ���'� ���� �� ������ ��� �

��� �������� ������� ,-0./100(106 *+11�

�� ������ )� 37��� �� %�� !��� �� ���� �� ���� �� ������� �� ��(

������� �� #� �� �� �� �� ���� ����� �& ��� & �4�� �� ��� �� ' ������

����� ���� ���� !' ��� ��(������ �������� 5��� ���� ���� � �& �( ��� ��(

�� ���� � ���'� ����� �� ��� ��� ��� �� ���� �� ����

�� ������ )� 37��� �� ���� �� %�� !��� �� #� �� �� �� ���� 8(

��� ���� ���� � ���' � �� �� ���' �� ��� �� ��� ������ & �4�� ��� � ��

��� �� ' ������ �! � !� ��'� �� ���(9�� ����� ��� ���� � ������� �� ����

������ �� ��� � *+1* �:8/ 1+�1+16;����� ' ���*+11�1*�+61

����� ����������

�� ������� �� ������ �� �� ���� ��� -< 1 μ�. �(��;μ�(�� ����� �(

�� ���� �� ��&� ��!�� �=������ � ����� �� ��� � � �!�" !����� � *++2

1>>

Page 149: In-Situ Raman Spectroscopy

�� ������ � ��� ��� �� �������� �� ����� �� ������ �� ���� �� ����� ��

������� �� ������ � !���� � " #����"�$ � ��%�&���� �������" #��������

� " �������'������ � ������ (���" �� "�� ���� � " ��"����� ����� �� �� ���

�� �� ������� )**+

�� ������ ,� ������ �� ����� � " #� ���"�$ � ���������� ��"�� � "����� �

�� %�� ������ � ��������� ������ � -����%���" .' ���� �����������'� �������

����� ����� � )*/ 012 344&34/ )*5*

#� ���"�$ �� ������� �� ������ �� ������ �� !�� 6� (� �� � " ��

�7����� ��% �8�� ��' "�������" ���"����� ����� 9�� �&��:��&�� �� "�� ����� �

��;����&�����" ! <=#�� ������� ����� ����� � )*/ 012 >/?&>?5 )*5*

�� ����� �� ������ �� � %��� � �� � �� -� "� �� "� �� �������

� " #� ���"�$ � <������ ��� ������� �����������' �� ���� ���� @������ � &

���� 9�� ��� &,��� ������ @6 A� ����� �� �� ��� �� �� ������� )*5*

�� ������ � " #� ���"�$ � #�������� ������ ����� ����� "�������" B���

� &�� ��� � ���� � �� �� ������ � ���� ����� �������� ��� ���� ���� +3 0)2

3/1&3/? )*55

�� ����� �� ���"��� �-� C� �� @������" �� ������ #� �D��� ��

������� � " #� ���"�$ � E ���� ���� � ������ ���� �9 �&��:μ�&�� �� &

"�� ����� ���� -�� ��� ������� ��������� �� ��� % ������ @6 A� ����

������ �� �����!������� )*5) <E=5*�55*+:�@�<�<A�)*55�)5/+451

�� ����� �� ������ #��� ,���B���� �� � %��� � �� ��� -� "� �� "�

#� ���"�$ � E &���� ��� ������� ��������� �� �� ������� �� ���� 9�� ��� &8��

������ ����� ������ ���� ����� �������� ��� ���� ���� +3 11)?&111) )*55

514

Page 150: In-Situ Raman Spectroscopy

Curriculum Vitae

Stefan Muthmann Date of Birth July 18th 1981 in Regensburg, Germany

Professional Experience

2008–2011 Dissertation Institut für Photovoltaik (IEK-5), Forschungszen-trum Jülich.Topic: In-Situ Raman Spectroscopy: A Method to Study andControl the Growth of Microcrystalline Silicon for Thin-FilmSolar Cells

2008–2011 Visitors Guide, Forschungszentrum Jülich

2007–2008 Diploma thesis, Institut für Photovoltaik (IEK-5), Forschungszen-trums JülichTopic: Hydrogenated amorphous silicon on the edge of thephase transition produced under non-constant process con-ditions: Application in solar cells and investigations into thematerial structure

2001–2002 Civilian service, Childcare Worker at Bischof-Wittman-Schulezur individuellen Lebensbewältigung, Regensburg

Education

2008 Physics Diploma at Julius-Maximilians Universität Würzburg

2006–2007 Studies of Physics at Julius-Maximilians Universität Würzburg

Page 151: In-Situ Raman Spectroscopy

2005–2006 Studies of Physics at Heriot-Watt Universität Edinburgh,Master of Physics in Physical Science

2002–2005 Studies of Physics at Julius-Maximilians Universität Würzburg

1992-2001 Abitur, Gymnasium Parsberg

May 8, 2012

���

Page 152: In-Situ Raman Spectroscopy

Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

1. Einsatz von multispektralen Satellitenbilddaten in der Wasserhaushalts- und Stoffstrommodellierung – dargestellt am Beispiel des Rureinzugs-gebietes von C. Montzka (2008), XX, 238 Seiten ISBN: 978-3-89336-508-1

2. Ozone Production in the Atmosphere Simulation Chamber SAPHIR by C. A. Richter (2008), XIV, 147 pages ISBN: 978-3-89336-513-5

3. Entwicklung neuer Schutz- und Kontaktierungsschichten für Hochtempe-ratur-Brennstoffzellen von T. Kiefer (2008), 138 Seiten ISBN: 978-3-89336-514-2

4. Optimierung der Reflektivität keramischer Wärmedämmschichten aus Yttrium-teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid für den Einsatz auf metallischen Komponenten in Gasturbinen von A. Stuke (2008), X, 201 Seiten ISBN: 978-3-89336-515-9

5. Lichtstreuende Oberflächen, Schichten und Schichtsysteme zur Verbes-serung der Lichteinkopplung in Silizium-Dünnschichtsolarzellen von M. Berginski (2008), XV, 171 Seiten ISBN: 978-3-89336-516-6

6. Politikszenarien für den Klimaschutz IV – Szenarien bis 2030 hrsg.von P. Markewitz, F. Chr. Matthes (2008), 376 Seiten ISBN 978-3-89336-518-0

7. Untersuchungen zum Verschmutzungsverhalten rheinischer Braunkohlen in Kohledampferzeugern von A. Schlüter (2008), 164 Seiten ISBN 978-3-89336-524-1

8. Inorganic Microporous Membranes for Gas Separation in Fossil Fuel Power Plants by G. van der Donk (2008), VI, 120 pages ISBN: 978-3-89336-525-8

9. Sinterung von Zirkoniumdioxid-Elektrolyten im Mehrlagenverbund der oxidkeramischen Brennstoffzelle (SOFC) von R. Mücke (2008), VI, 165 Seiten ISBN: 978-3-89336-529-6

10. Safety Considerations on Liquid Hydrogen by K. Verfondern (2008), VIII, 167 pages ISBN: 978-3-89336-530-2

Page 153: In-Situ Raman Spectroscopy

Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

11. Kerosinreformierung für Luftfahrtanwendungen von R. C. Samsun (2008), VII, 218 Seiten ISBN: 978-3-89336-531-9

12. Der 4. Deutsche Wasserstoff Congress 2008 – Tagungsband hrsg. von D. Stolten, B. Emonts, Th. Grube (2008), 269 Seiten ISBN: 978-3-89336-533-3

13. Organic matter in Late Devonian sediments as an indicator for environ-mental changes by M. Kloppisch (2008), XII, 188 pages ISBN: 978-3-89336-534-0

14. Entschwefelung von Mitteldestillaten für die Anwendung in mobilen Brennstoffzellen-Systemen von J. Latz (2008), XII, 215 Seiten ISBN: 978-3-89336-535-7

15. RED-IMPACT Impact of Partitioning, Transmutation and Waste Reduction Technologies on the Final Nuclear Waste Disposal SYNTHESIS REPORT ed. by W. von Lensa, R. Nabbi, M. Rossbach (2008), 178 pages ISBN 978-3-89336-538-8

16. Ferritic Steel Interconnectors and their Interactions with Ni Base Anodes in Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) by J. H. Froitzheim (2008), 169 pages ISBN: 978-3-89336-540-1

17. Integrated Modelling of Nutrients in Selected River Basins of Turkey Results of a bilateral German-Turkish Research Project project coord. M. Karpuzcu, F. Wendland (2008), XVI, 183 pages ISBN: 978-3-89336-541-8

18. Isotopengeochemische Studien zur klimatischen Ausprägung der Jünge-ren Dryas in terrestrischen Archiven Eurasiens von J. Parplies (2008), XI, 155 Seiten, Anh. ISBN: 978-3-89336-542-5

19. Untersuchungen zur Klimavariabilität auf dem Tibetischen Plateau - Ein Beitrag auf der Basis stabiler Kohlenstoff- und Sauerstoffisotope in Jahrringen von Bäumen waldgrenznaher Standorte von J. Griessinger (2008), XIII, 172 Seiten ISBN: 978-3-89336-544-9

Page 154: In-Situ Raman Spectroscopy

Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

20. Neutron-Irradiation + Helium Hardening & Embrittlement Modeling of 9%Cr-Steels in an Engineering Perspective (HELENA) by R. Chaouadi (2008), VIII, 139 pages ISBN: 978-3-89336-545-6

21. in Bearbeitung

22. Verbundvorhaben APAWAGS (AOEV und Wassergenerierung) – Teilprojekt: Brennstoffreformierung – Schlussbericht von R. Peters, R. C. Samsun, J. Pasel, Z. Porš, D. Stolten (2008), VI, 106 Sei-ten ISBN: 978-3-89336-547-0

23. FREEVAL Evaluation of a Fire Radiative Power Product derived from Meteosat 8/9 and Identification of Operational User Needs Final Report project coord. M. Schultz, M. Wooster (2008), 139 pages ISBN: 978-3-89336-549-4

24. Untersuchungen zum Alkaliverhalten unter Oxycoal-Bedingungen von C. Weber (2008), VII, 143, XII Seiten ISBN: 978-3-89336-551-7

25. Grundlegende Untersuchungen zur Freisetzung von Spurstoffen, Heiß-gaschemie, Korrosionsbeständigkeit keramischer Werkstoffe und Alka-lirückhaltung in der Druckkohlenstaubfeuerung von M. Müller (2008), 207 Seiten ISBN: 978-3-89336-552-4

26. Analytik von ozoninduzierten phenolischen Sekundärmetaboliten in Nico-tiana tabacum L. cv Bel W3 mittels LC-MS von I. Koch (2008), III, V, 153 Seiten ISBN 978-3-89336-553-1

27. IEF-3 Report 2009. Grundlagenforschung für die Anwendung (2009), ca. 230 Seiten ISBN: 978-3-89336-554-8

28. Influence of Composition and Processing in the Oxidation Behavior of MCrAlY-Coatings for TBC Applications by J. Toscano (2009), 168 pages ISBN: 978-3-89336-556-2

29. Modellgestützte Analyse signifikanter Phosphorbelastungen in hessi-schen Oberflächengewässern aus diffusen und punktuellen Quellen von B. Tetzlaff (2009), 149 Seiten ISBN: 978-3-89336-557-9

Page 155: In-Situ Raman Spectroscopy

Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

30. Nickelreaktivlot / Oxidkeramik – Fügungen als elektrisch isolierende Dich-tungskonzepte für Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Stacks von S. Zügner (2009), 136 Seiten ISBN: 978-3-89336-558-6

31. Langzeitbeobachtung der Dosisbelastung der Bevölkerung in radioaktiv kontaminierten Gebieten Weißrusslands – Korma-Studie von H. Dederichs, J. Pillath, B. Heuel-Fabianek, P. Hill, R. Lennartz (2009), Getr. Pag. ISBN: 978-3-89336-532-3

32. Herstellung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen über physikalische Gasphasenabscheidung von N. Jordán Escalona (2009), 148 Seiten ISBN: 978-3-89336-532-3

33. Real-time Digital Control of Plasma Position and Shape on the TEXTOR Tokamak by M. Mitri (2009), IV, 128 pages ISBN: 978-3-89336-567-8

34. Freisetzung und Einbindung von Alkalimetallverbindungen in kohle-befeuerten Kombikraftwerken von M. Müller (2009), 155 Seiten ISBN: 978-3-89336-568-5

35. Kosten von Brennstoffzellensystemen auf Massenbasis in Abhängigkeit von der Absatzmenge von J. Werhahn (2009), 242 Seiten ISBN: 978-3-89336-569-2

36. Einfluss von Reoxidationszyklen auf die Betriebsfestigkeit von anodenge-stützten Festoxid-Brennstoffzellen von M. Ettler (2009), 138 Seiten ISBN: 978-3-89336-570-8

37. Großflächige Plasmaabscheidung von mikrokristallinem Silizium für mikromorphe Dünnschichtsolarmodule von T. Kilper (2009), XVII, 154 Seiten ISBN: 978-3-89336-572-2

38. Generalized detailed balance theory of solar cells by T. Kirchartz (2009), IV, 198 pages ISBN: 978-3-89336-573-9

39. The Influence of the Dynamic Ergodic Divertor on the Radial Electric Field at the Tokamak TEXTOR von J. W. Coenen (2009), xii, 122, XXVI pages ISBN: 978-3-89336-574-6

Page 156: In-Situ Raman Spectroscopy

Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

40. Sicherheitstechnik im Wandel Nuklearer Systeme von K. Nünighoff (2009), viii, 215 Seiten ISBN: 978-3-89336-578-4

41. Pulvermetallurgie hochporöser NiTi-Legierungen für Implanat- und Dämpfungsanwendungen von M. Köhl (2009), XVII, 199 Seiten ISBN: 978-3-89336-580-7

42. Einfluss der Bondcoatzusammensetzung und Herstellungsparameter auf die Lebensdauer von Wärmedämmschichten bei zyklischer Tempera-turbelastung von M. Subanovic (2009), 188, VI Seiten ISBN: 978-3-89336-582-1

43. Oxygen Permeation and Thermo-Chemical Stability of Oxygen Permeation Membrane Materials for the Oxyfuel Process by A. J. Ellett (2009), 176 pages ISBN: 978-3-89336-581-4

44. Korrosion von polykristallinem Aluminiumoxid (PCA) durch Metall-jodidschmelzen sowie deren Benetzungseigenschaften von S. C. Fischer (2009), 148 Seiten ISBN: 978-3-89336-584-5

45. IEF-3 Report 2009. Basic Research for Applications (2009), 217 Seiten ISBN: 978-3-89336-585-2

46. Verbundvorhaben ELBASYS (Elektrische Basissysteme in einem CFK-Rumpf) - Teilprojekt: Brennstoffzellenabgase zur Tankinertisierung - Schlussbericht von R. Peters, J. Latz, J. Pasel, R. C. Samsun, D. Stolten (2009), xi, 202 Seiten ISBN: 978-3-89336-587-6

47. Aging of 14C-labeled Atrazine Residues in Soil: Location, Characterization and Biological Accessibility by N. D. Jablonowski (2009), IX, 104 pages ISBN: 978-3-89336-588-3

48. Entwicklung eines energetischen Sanierungsmodells für den europäi-schen Wohngebäudesektor unter dem Aspekt der Erstellung von Szenari-en für Energie- und CO2 - Einsparpotenziale bis 2030 von P. Hansen (2009), XXII, 281 Seiten ISBN: 978-3-89336-590-6

Page 157: In-Situ Raman Spectroscopy

Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

49. Reduktion der Chromfreisetzung aus metallischen Interkonnektoren für Hochtemperaturbrennstofzellen durch Schutzschichtsysteme von R. Trebbels (2009), iii, 135 Seiten ISBN: 978-3-89336-591-3

50. Bruchmechanische Untersuchung von Metall / Keramik-Verbundsystemen für die Anwendung in der Hochtemperaturbrennstoffzelle von B. Kuhn (2009), 118 Seiten ISBN: 978-3-89336-592-0

51. Wasserstoff-Emissionen und ihre Auswirkungen auf den arktischen Ozonverlust Risikoanalyse einer globalen Wasserstoffwirtschaft von T. Feck (2009), 180 Seiten ISBN: 978-3-89336-593-7

52. Development of a new Online Method for Compound Specific Measure-ments of Organic Aerosols by T. Hohaus (2009), 156 pages ISBN: 978-3-89336-596-8

53. Entwicklung einer FPGA basierten Ansteuerungselektronik für Justage-einheiten im Michelson Interferometer von H. Nöldgen (2009), 121 Seiten ISBN: 978-3-89336-599-9

54. Observation – and model – based study of the extratropical UT/LS by A. Kunz (2010), xii, 120, xii pages ISBN: 978-3-89336-603-3

55. Herstellung polykristalliner Szintillatoren für die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) von S. K. Karim (2010), VIII, 154 Seiten ISBN: 978-3-89336-610-1

56. Kombination eines Gebäudekondensators mit H2-Rekombinatorelementen in Leichtwasserreaktoren von S. Kelm (2010), vii, 119 Seiten ISBN: 978-3-89336-611-8

57. Plant Leaf Motion Estimation Using A 5D Affine Optical Flow Model by T. Schuchert (2010), X, 143 pages ISBN: 978-3-89336-613-2

58. Tracer-tracer relations as a tool for research on polar ozone loss by R. Müller (2010), 116 pages ISBN: 978-3-89336-614-9

Page 158: In-Situ Raman Spectroscopy

Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

59. Sorption of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) to Yangtze River sed-iments and their components by J. Zhang (2010), X, 109 pages ISBN: 978-3-89336-616-3

60. Weltweite Innovationen bei der Entwicklung von CCS-Technologien und Möglichkeiten der Nutzung und des Recyclings von CO2

Studie im Auftrag des BMWi von W. Kuckshinrichs et al. (2010), X, 139 Seiten ISBN: 978-3-89336-617-0

61. Herstellung und Charakterisierung von sauerstoffionenleitenden Dünn-schichtmembranstrukturen von M. Betz (2010), XII, 112 Seiten ISBN: 978-3-89336-618-7

62. Politikszenarien für den Klimaschutz V – auf dem Weg zum Strukturwan-del, Treibhausgas-Emissionsszenarien bis zum Jahr 2030 hrsg. von P. Hansen, F. Chr. Matthes (2010), 276 Seiten ISBN: 978-3-89336-619-4

63. Charakterisierung Biogener Sekundärer Organischer Aerosole mit Statis-tischen Methoden von C. Spindler (2010), iv, 163 Seiten ISBN: 978-3-89336-622-4

64. Stabile Algorithmen für die Magnetotomographie an Brennstoffzellen von M. Wannert (2010), ix, 119 Seiten ISBN: 978-3-89336-623-1

65. Sauerstofftransport und Degradationsverhalten von Hochtemperatur-membranen für CO2-freie Kraftwerke von D. Schlehuber (2010), VII, 139 Seiten ISBN: 978-3-89336-630-9

66. Entwicklung und Herstellung von foliengegossenen, anodengestützten Festoxidbrennstoffzellen von W. Schafbauer (2010), VI, 164 Seiten ISBN: 978-3-89336-631-6

67. Disposal strategy of proton irradiated mercury from high power spallation sources by S. Chiriki (2010), xiv, 124 pages ISBN: 978-3-89336-632-3

68. Oxides with polyatomic anions considered as new electrolyte materials for solid oxide fuel cells (SOFCs) by O. H. Bin Hassan (2010), vii, 121 pages ISBN: 978-3-89336-633-0

Page 159: In-Situ Raman Spectroscopy

Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

69. Von der Komponente zum Stack: Entwicklung und Auslegung von HT-PEFC-Stacks der 5 kW-Klasse von A. Bendzulla (2010), IX, 203 Seiten ISBN: 978-3-89336-634-7

70. Satellitengestützte Schwerewellenmessungen in der Atmosphäre und Perspektiven einer zukünftigen ESA Mission (PREMIER) von S. Höfer (2010), 81 Seiten ISBN: 978-3-89336-637-8

71. Untersuchungen der Verhältnisse stabiler Kohlenstoffisotope in atmo-sphärisch relevanten VOC in Simulations- und Feldexperimenten von H. Spahn (2010), IV, 210 Seiten ISBN: 978-3-89336-638-5

72. Entwicklung und Charakterisierung eines metallischen Substrats für na-nostrukturierte keramische Gastrennmembranen von K. Brands (2010), vii, 137 Seiten ISBN: 978-3-89336-640-8

73. Hybridisierung und Regelung eines mobilen Direktmethanol-Brennstoff-zellen-Systems von J. Chr. Wilhelm (2010), 220 Seiten ISBN: 978-3-89336-642-2

74. Charakterisierung perowskitischer Hochtemperaturmembranen zur Sauerstoffbereitstellung für fossil gefeuerte Kraftwerksprozesse von S.A. Möbius (2010) III, 208 Seiten ISBN: 978-3-89336-643-9

75. Characterization of natural porous media by NMR and MRI techniques: High and low magnetic field studies for estimation of hydraulic properties by L.-R. Stingaciu (2010), 96 pages ISBN: 978-3-89336-645-3

76. Hydrological Characterization of a Forest Soil Using Electrical Resistivity Tomography by Chr. Oberdörster (2010), XXI, 151 pages ISBN: 978-3-89336-647-7

77. Ableitung von atomarem Sauerstoff und Wasserstoff aus Satellitendaten und deren Abhängigkeit vom solaren Zyklus von C. Lehmann (2010), 127 Seiten ISBN: 978-3-89336-649-1

Page 160: In-Situ Raman Spectroscopy

Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

78. 18th World Hydrogen Energy Conference 2010 – WHEC2010 Proceedings Speeches and Plenary Talks ed. by D. Stolten, B. Emonts (2012), V, 141 pages ISBN: 978-3-89336-658-3

78-1. 18th World Hydrogen Energy Conference 2010 – WHEC2010 Proceedings

Parallel Sessions Book 1: Fuel Cell Basics / Fuel Infrastructures ed. by D. Stolten, T. Grube (2010), ca. 460 pages

ISBN: 978-3-89336-651-4 78-2. 18th World Hydrogen Energy Conference 2010 – WHEC2010

Proceedings Parallel Sessions Book 2:

Hydrogen Production Technologies – Part 1 ed. by D. Stolten, T. Grube (2010), ca. 400 pages

ISBN: 978-3-89336-652-1 78-3. 18th World Hydrogen Energy Conference 2010 – WHEC2010

Proceedings Parallel Sessions Book 3:

Hydrogen Production Technologies – Part 2 ed. by D. Stolten, T. Grube (2010), ca. 640 pages ISBN: 978-3-89336-653-8 78-4. 18th World Hydrogen Energy Conference 2010 – WHEC2010

Proceedings Parallel Sessions Book 4: Storage Systems / Policy Perspectives, Initiatives and Cooperations

ed. by D. Stolten, T. Grube (2010), ca. 500 pages ISBN: 978-3-89336-654-5

78-5. 18th World Hydrogen Energy Conference 2010 – WHEC2010

Proceedings Parallel Sessions Book 5: Stategic Analysis / Safety Issues / Existing and Emerging Markets ed. by D. Stolten, T. Grube (2010), ca. 530 pages

ISBN: 978-3-89336-655-2 78-6. 18th World Hydrogen Energy Conference 2010 – WHEC2010

Proceedings Parallel Sessions Book 6: Stationary Applications / Transportation Applications

ed. by D. Stolten, T. Grube (2010), ca. 330 pages ISBN: 978-3-89336-656-9

Page 161: In-Situ Raman Spectroscopy

Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

78 Set (complete book series)

18th World Hydrogen Energy Conference 2010 – WHEC2010 Proceedings

ed. by D. Stolten, B. Emonts, T. Grube (2010) ISBN: 978-3-89336-657-6

79. Ultrafast voltex core dynamics investigated by finite-element micromag-netic simulations by S. Gliga (2010), vi, 144 pages ISBN: 978-3-89336-660-6

80. Herstellung und Charakterisierung von keramik- und metallgestützten Membranschichten für die CO2-Abtrennung in fossilen Kraftwerken von F. Hauler (2010), XVIII, 178 Seiten ISBN: 978-3-89336-662-0

81. Experiments and numerical studies on transport of sulfadiazine in soil columns by M. Unold (2010), xvi, 115 pages ISBN: 978-3-89336-663-7

82. Prompt-Gamma-Neutronen-Aktivierungs-Analyse zur zerstörungsfreien Charakterisierung radioaktiver Abfälle von J.P.H. Kettler (2010), iv, 205 Seiten ISBN: 978-3-89336-665-1

83. Transportparameter dünner geträgerter Kathodenschichten der oxidkera-mischen Brennstoffzelle von C. Wedershoven (2010), vi, 137 Seiten ISBN: 978-3-89336-666-8

84. Charakterisierung der Quellverteilung von Feinstaub und Stickoxiden in ländlichem und städtischem Gebiet von S. Urban (2010), vi, 211 Seiten ISBN: 978-3-89336-669-9

85. Optics of Nanostructured Thin-Film Silicon Solar Cells by C. Haase (2010), 150 pages ISBN: 978-3-89336-671-2

86. Entwicklung einer Isolationsschicht für einen Leichtbau-SOFC-Stack von R. Berhane (2010), X, 162 Seiten ISBN: 978-3-89336-672-9

87. Hydrogen recycling and transport in the helical divertor of TEXTOR by M. Clever (2010), x, 172 pages ISBN: 978-3-89336-673-6

Page 162: In-Situ Raman Spectroscopy

Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

88. Räumlich differenzierte Quantifizierung der N- und P-Einträge in Grund-wasser und Oberflächengewässer in Nordrhein-Westfalen unter besonde-rer Berücksichtigung diffuser landwirtschaftlicher Quellen von F. Wendland et. al. (2010), xii, 216 Seiten ISBN: 978-3-89336-674-3

89. Oxidationskinetik innovativer Kohlenstoffmaterialien hinsichtlich schwe-rer Lufteinbruchstörfälle in HTR´s und Graphitentsorgung oder Aufarbei-tung von B. Schlögl (2010), ix, 117 Seiten ISBN: 978-3-89336-676-7

90. Chemische Heißgasreinigung bei Biomassenvergasungsprozessen von M. Stemmler (2010), xv, 196 Seiten ISBN: 978-3-89336-678-1

91. Untersuchung und Optimierung der Serienverschaltung von Silizium-Dünnschicht-Solarmodulen von S. Haas (2010), ii, 202 Seiten ISBN: 978-3-89336-680-4

92. Non-invasive monitoring of water and solute fluxes in a cropped soil by S. Garré (2010), xxiv, 133 pages ISBN: 978-3-89336-681-1

93. Improved hydrogen sorption kinetics in wet ball milled Mg hydrides by L. Meng (2011), II, 119 pages ISBN: 978-3-89336-687-3

94. Materials for Advanced Power Engineering 2010 ed. by J. Lecomte-Beckers, Q. Contrepois, T. Beck and B. Kuhn (2010), 1327 pages ISBN: 978-3-89336-685-9

95. 2D cross-hole MMR – Survey design and sensitivity analysis for cross-hole applications of the magnetometric resistivity by D. Fielitz (2011), xvi, 123 pages ISBN: 978-3-89336-689-7

96. Untersuchungen zur Oberflächenspannung von Kohleschlacken unter Vergasungsbedingungen von T. Melchior (2011), xvii, 270 Seiten ISBN: 978-3-89336-690-3

97. Secondary Organic Aerosols: Chemical Aging, Hygroscopicity, and Cloud Droplet Activation by A. Buchholz (2011), xiv, 134 pages ISBN: 978-3-89336-691-0

Page 163: In-Situ Raman Spectroscopy

Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

98. Chrom-bezogene Degradation von Festoxid-Brennstoffzellen von A. Neumann (2011), xvi, 218 Seiten ISBN: 978-3-89336-692-7

99. Amorphous and microcrystalline silicon applied in very thin tandem solar cells by S. Schicho (2011), XII, 190 pages ISBN: 978-3-89336-693-4

100. Sol-gel and nano-suspension electrolyte layers for high performance solid oxide fuel cells by F. Han (2011), iv, 131 pages ISBN: 978-3-89336-694-1

101. Impact of different vertical transport representations on simulating processes in the tropical tropopause layer (TTL) by F. Plöger (2011), vi, 104 pages ISBN: 978-3-89336-695-8

102. Untersuchung optischer Nanostrukturen für die Photovoltaik mit Nah-feldmikroskopie von T. Beckers (2011), xiii, 128 Seiten ISBN: 978-3-89336-696-5

103. Impact of contamination on hydrogenated amorphous silicon thin films & solar cells by J. Wördenweber (2011), XIV, 138 pages ISBN: 978-3-89336-697-2

104. Water and Organic Nitrate Detection in an AMS: Laboratory Characteriza-tion and Application to Ambient Measurements by A. Mensah (2011), XI, 111 pages ISBN: 978-3-89336-698-9

105. Entwicklung eines neuen Konzepts zur Steuerung der thermischen Aus-dehnung von glaskeramischen Verbundwerkstoffen mit angepasster Fließfähigkeit am Beispiel der Hochtemperatur-Brennstoffzelle von E. Wanko (2011), xi, 134 Seiten ISBN: 978-3-89336-705-4

106. Tomographic reconstruction of atmospheric volumes from infrared limb-imager measurements by J. Ungermann (2011), xiv, 153 pages ISBN: 978-3-89336-708-5

107. Synthese und Identifizierung von substituierten Mg-Al-Cl Doppelhydro-xidverbindungen mit Schwerpunkt IR-Spektroskopie von B. Hansen (2011), XII, 121 Seiten ISBN: 978-3-89336-709-2

Page 164: In-Situ Raman Spectroscopy

Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

108. Analysis of spatial soil moisture dynamics using wireless sensor net-works by U. Rosenbaum (2011), xxii, 120 pages ISBN: 978-3-89336-710-8

109. Optimierung von APS-ZrO2-Wärmedämmschichten durch Variation der Kriechfestigkeit und der Grenzflächenrauhigkeit von M. E. Schweda (2011), 168 Seiten ISBN: 978-3-89336-711-5

110. Sorption of a branched nonylphenol isomer and perfluorooctanoic acid on geosorbents and carbon nanotubes by C. Li (2011), X, 102 pages ISBN: 978-3-89336-716-0

111. Electron Transport in the Plasma Edge with Rotating Resonant Magnetic Perturbations at the TEXTOR Tokamak by H. Stoschus (2011), iv, 113 pages ISBN: 978-3-89336-718-4

112. Diffusion and Flow Investigations in Natural Porous Media by Nuclear Magnetic Resonance by N. Spindler (2011), viii, 144 pages ISBN: 978-3-89336-719-1

113. Entwicklung und Erprobung des Hygrometer for Atmospheric Investigations von T. Klostermann (2011), IV, 118 Seiten ISBN: 978-3-89336-723-8

114. Application of functional gene arrays for monitoring influences of plant/seasons on bacterial functions and community structures in constructed wetlands (Bitterfeld, Germany) by J. Ning (2011), xiv, 157 pages ISBN: 978-3-89336-724-5

115. Wasseraustrag aus den Kathodenkanälen von Direkt-Methanol-Brennstoffzellen von A. Schröder (2011), VII, 228 Seiten ISBN: 978-3-89336-727-6

116. CITYZEN Climate Impact Studies ed. by M. Schultz (2011), 45 pages ISBN: 978-3-89336-729-0

117. Software Tools zum interoperablen Austausch und zur Visualisierung von Geodatensätzen über das Internet von M. Schultz, M. Decker, S. Lührs (2011), iv, 156 Seiten ISBN: 978-3-89336-730-6

Page 165: In-Situ Raman Spectroscopy

Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

118. Optimierung eines Leichtbaudesigns für ein SOFC-Brennstoffzellenstack von T. Nguyen-Xuan (2011), III, 154 Seiten ISBN: 978-3-89336-732-0

119. Institute of Energy and Climate Research IEK-6: Nuclear Waste Management & Reactor Safety Report 2009/2010 Material Science for Nuclear Waste Management ed. by M. Klinkenberg, S. Neumeier, D. Bosbach (2011), 242 pages ISBN: 978-3-89336-735-1

120. Fate of the Antibiotic Sulfadiazine in Yangtze River Sediments: Transfor-mation, Sorption and Transport by N. Meng (2011), XII, 111 pages ISBN: 978-3-89336-736-8

121. Thermodynamische Eigenschaften gasförmiger und kondensierter Ver-bindungen für Hochtemperaturanwendungen von T. Markus (2011), II, 131 Seiten ISBN: 978-3-89336-728-3

122. Ein neues LIF-Instrument für flugzeug- und bodengebundene Messungen von OH- und HO2-Radikalen in der Troposphäre von S. Broch (2011), IV, 160 Seiten ISBN: 978-3-89336-742-9

123. Processes in the Yangtze River System - Experiences and Perspectives Workshop-Proceedings ed. by S. Küpper, G. Subklew, R.-D. Wilken (2011), 83 pages ISBN: 978-3-89336-744-3

124. Thermo-Mechanical Properties of Mixed Ion-Electron Conducting Mem- brane Materials by B. Huang (2011), 130 pages ISBN: 978-3-89336-746-7

125. Growth, Etching, and Stability of Sputtered ZnO:AI for Thin-Film Silicon Solar Cells by J. I. Owen (2011), xv, 192 pages ISBN: 978-3-89336-749-8

126. Entwicklung geträgerter Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3-δ Sauerstoff-Permeations-membranen von F. Schulze-Küppers (2011), ii, 119 Seiten ISBN: 978-3-89336-752-8

127. Development of the 2-Component-Injection Moulding for Metal Powders by A. P. Cysne Barbosa (2011), XIV, 150 pages ISBN: 978-3-89336-753-5

Page 166: In-Situ Raman Spectroscopy

Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

128. Performance of Tungsten-Based Materials and Components under ITER and DEMO Relevant Steady-State Thermal Loads by G. H. Ritz (2011), X, 128 pages ISBN: 978-3-89336-755-9

129. Experimentelle Bestimmung und numerische Simulation von Viskositäten in Schlackesystemen unter Vergasungsbedingungen von T. Nentwig (2011), 156 Seiten ISBN: 978-3-89336-756-6

130. Development of Thin Film Oxygen Transport Membranes on Metallic Sup-ports by Y. Xing (2012), iv, 117 pages ISBN: 978-3-89336-765-8

131. Release of Inorganic Trace Elements from High-Temperature Gasification of Coal by M. Bläsing (2012), XVIII, 145 pages ISBN: 978-3-89336-772-6

132. Rauchgasseitige Korrosion von Nickelbasislegierungen für zukünftige 700°C-Dampfkraftwerke von F. Lüttschwager (2012), 145 Seiten ISBN: 978-3-89336-773-3

133. In-Situ Raman Spectroscopy: A Method to Study and Control the Growth of Microcrystalline Silicon for Thin-Film Solar Cells by S. Muthmann (2012), x, 134 pages ISBN: 978-3-89336-774-0

Page 167: In-Situ Raman Spectroscopy

Ener

gie

& U

mw

elt

Ener

gy &

Env

iron

men

t

133

Energie & Umwelt / Energy & EnvironmentBand / Volume 133ISBN 978-3-89336-774-0 M

itglie

d de

r H

elm

holtz

-Gem

eins

chaf

tM

itglie

d de

r H

elm

holtz

-Gem

eins

chaf

t In-Situ Raman Spectroscopy: A Method to Study and Control the Growth of Microcrystalline Silicon for Thin-Film Solar Cells

Stefan Muthmann

Stef

an M

uthm

ann

In-S

itu R

aman

Spe

ctro

scop

y