Untersuchungen zur thermisch induzierten Festphasenkristallisation von Silitium-Dünnschichten durch Diodenlaserbestrahlung

Schmidt, Thomas GND

Kristalline Silizium-Dünnschichten finden sich in vielfältigen Produkten des modernen Lebens wieder, z. B. in Dünnschicht-Solarzellen oder in Form von Dünnschichttransistoren in Flash-Speichern oder aktiven Matrixdisplays. Am häufigsten werden solche Schichten dabei durch die nachträgliche Kristallisation amorph abgeschiedenen Siliziums hergestellt. In der vorliegenden Arbeit wird die Festphasenkristallisation von Silizium bei Temperaturen zwischen 1000 K und 1500 K quantitativ untersucht. Bei dieser Art der Umwandlung geht das amorphe Material aufgrund seines metastabilen Zustandes direkt in die kristalline Phase über. Die Kinetik ist dabei extrem stark temperaturabhängig. Beispielsweise nimmt der Prozess bei 800 K viele Stunden in Anspruch, während im zu untersuchenden Temperaturbereich nur noch wenige Sekunden oder Millisekunden von Nöten sind. Die Siliziumschichten wurden durch Elektronenstrahlverdampfung hergestellt. Die hohen Temperaturen für die Phasenumwandlung werden in dieser Arbeit durch Bestrahlung mit einem Diodenlaser erreicht und numerisch durch ein dreidimensionales Finite-Elemente-Modell errechnet. Während der Bestrahlung wird die zeitaufgelöste Reflektivität des Materials gemessen, um Rückschlüsse auf den Phasenzustand ziehen zu können. Zusammen mit der Kristallitgröße nach Abschluss des Vorgangs ist es somit möglich, die kinetischen Parameter zu errechnen, die die Festphasenumwandlung bestimmen. Hierzu wurde die zugrundeliegende Keimbildungs- und Wachstumstheorie aufgearbeitet und deren inhärente Widersprüche gezeigt sowie Korrekturvorschläge unterbreitet. Zudem wurde in dieser Arbeit die Möglichkeit festphasenepitaktischen Wachstums bei solch hohen Temperaturen evaluiert.

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Schmidt, Thomas: Untersuchungen zur thermisch induzierten Festphasenkristallisation von Silitium-Dünnschichten durch Diodenlaserbestrahlung. 2015.

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