Диссертации

Руденко Р. Н.

25.05.2015

Влияние олова на формирование нанокристаллического кремния в тонких пленках a-Si и a-SiOx.
01.04.07 – физика твердого тела
к.ф.-м.н.

Диссертация посвящена исследованию влияния изовалентной примеси олова на процессы формирования нанокристаллического кремния в тонких пленках кремния и субоксида кремния.
Показано, что легирование оловом тонких пленок аморфного кремния понижает температуру кристаллизации и ограничивает рост средних размеров кремниевых кристаллитов. Экспериментально установлено, что формирование кристаллической фазы в a-SiSn происходит при более низкой температуре, чем в a-Si. При этом наблюдается корреляция между температурой кристаллизации Si кластеров и концентрацией примеси олова: в нелегированных образцах аморфно-кристаллическая структура начинает формироваться при 750 оС, в a-SiSn (Sn ~ 1 ат.%) при 500 оС, в a-SiSn (Sn 4 и 10 ат.%) в процессе осаждения на подложку при 300 оС. Показано, что изменения в структуре легированных оловом образцов, в результате отжигов при температурах выше 300 оС, проходят без участия водорода. Установлено, что эффузия водорода из объема легированных пленок происходит уже в процессе роста на подложках при температуре 300 оС. Содержание примеси водорода в a-SiSn уже сразу после осаждения ниже предела чувствительности использованной методики исследования, в отличие от нелегированных пленок, из объема которых водород выходит после отжига при температуре 700 оС. Показано, что понижение температуры формирования кристаллической фазы кремния можно объяснить на основе механизма металлом индуцированной кристаллизации. Показано, что содержание примеси олова в исследованных образцах выше предела его растворимости в кремнии, что ведет к формированию металлических скоплений, в которых при повышенных температурах происходит растворение аморфной фазы кремния и формирование кристаллической.
Показано, что примесь олова замедляет и ограничивает рост средних размеров кремниевых кристаллитов в аморфной матрице кремния с ростом температуры изохронного отжига. Для пленок аморфного кремния, легированных оловом, средние размеры кристаллитов кремния меньше 10 нм в более широком температурном диапазоне, чем для нелегированных пленок. При этом ширина температурного диапазона увеличивается с ростом степени легирования оловом: без олова 750 – 900 оС, Sn ~ 1 ат. % 500 – 1000 оС, Sn ~ 4 и 10 ат. % 300 – 1100 оС.
Показано, что примесь олова может быть одним из средств управления структурными свойствами тонкопленочного субоксида кремния. Установлено, что легирование оловом пленок субоксида кремния приводит к понижению температуры кристаллизации включений аморфного кремния. В легированных оловом пленках кристаллическая фаза появляется после термической обработки при температуре 800 оС, а в нелегированных после отжига при 1000 оС. На основе теоретического моделирования и анализа спектров комбинационного рассеяния света исследуемых пленок были оценены средний размер и относительная объемная доля кристаллической фазы кремния. Установлено, что в образцах с оловом нанокристаллы Si образуются меньших размеров по сравнению с пленками без олова. Объемная часть кристаллической фазы в пленках а-SiOxSn больше, чем в образцах без олова. Средние размеры кристаллитов кремния в а-SiOxSn составляют около 6 – 9 нм, а в а-SiOx – более 10 нм.
Ключевые слова: тонкопленочный кремний, пленки субоксида кремния, легирование оловом, изохронный отжиг, кристаллизация, нанокристаллический кремний.

Оставить комментарий:

Имя:
Email:
Сайт:
Комментарий: