نقش عملیات حرارتی در استحاله فازی و تغییر ویژگی های الکترونیکی فیلم‌های سیلیکون

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران، پژوهشکده مواد پیشرفته و انرژی‌های نو، تهران، ایران

چکیده

فیلم‌هایی از سیلیکون آمورف به روش لایه­نشانی فیزیکی فاز بخار به کمک پرتو الکترونی (EB-PVD) ایجاد شد. فرآیند لایه­نشانی در شرایط خلأ بالا (torr 6-10) که منجر به تشکیل یک پوشش آمورف البته با ضخامت‌های کنترل‌شده انجام شد. پس از نمونه‌سازی، نمونه‌ها در دمای oC800 و در محیط گاز خنثی تحت شرایط عملیات حرارتی قرار گرفت و ویژگی‌های ساختاری و الکتریکی آن قبل و بعد از عملیات حرارتی مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج حاصل از میکرورامان نشان­دهنده ساختار آمورف در پوشش­های اولیه بود که با افزایش ضخامت پوشش و حضور نقایص بیشتر مقداری از نانوکریستال­ها تشکیل شد. علاوه بر آن با اعمال شرایط عملیات حرارتی تشکیل، رشد و ادغام نانوکریستال­ها و تشکیل یک ساختار پلی­کریستال را شاهد هستیم. نانوکریستال­ها منجر به تشکیل پیوندهای sp2 و sp3شده که همین خود باعث افزایش هدایت الکتریکی پوشش در این شرایط شد و این افزایش هدایت الکتریکی با افزایش ضخامت پوشش بر روی نمونه‌های موردبررسی به شدت افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها


1. Dmitriev P. A, Makarov S. V, Milichko V. A, Laser fabrication of crystalline silicon nanoresonators from an amorphous film for low-loss all-dielectric nanophotonics, The Royal Chemistry of Society,)2015(.

2. Melskens J, Schnegg A, Baldansuren A, Lips K, Plokker M. P, Structural and electrical properties of metastable defects in hydrogenated amorphous silicon, Phys. Rev.(2015), 245207.

3. Mercaldo L. V, Usatii I, Advances in Thin-Film Si Solar Cells by Means of SiOx Alloys, Energies, (2016).

4. Luysberg. M, Scholten. C, Houben. L, Carius. R, Structural Properties of Microcrystalline Si Solar Cells, MRS Online Proceedings Library (OPL), (2011).

5. Li M, Li J C, Jiang Q, Size-Dependent Band-Gap and Dielectric Constant of Si Nanocrystals, International Journal of Modern Physics, (2010) 2297-2301.

6. Cheng Q, Zeng Y, Huang J, Effect of substrate temperature on conductivity and microstructures of boron-doped silicon nanocrystalsin SiCx thin films, Physica, 53(2013) 36–40.

7. Xu X, Li Sh, Silicon nanowires prepared by electron beam evaporation in ultrahigh vacuum, Nanoscale Research Letters, 7(1)(2012)P243·.

8. Qinglong L, Investigation on solid-phase crystallization techniques for low temperature polysilicon thin-film transistors, Thesis. Rochester Institute of Technology, (2013).

9. Cristina R, Gavrila R, Obreja A. C, Microfabrication and analysis of polysilicon thin layers for MEMS vibrating structures, Analog Integrated Circuits and Signal Processing, 82(2015) 611–620.

10. Wu K H, and Li Ch W, Light Absorption Enhancement of Silicon-Based Photovoltaic Devices with Multiple Bandgap Structures of Porous Silicon, Journal of Materials, 8(2015)5922-5932.

11. Chena Ch, Lina P. Y, Li T. T, Kinetic Study of the Thermal Crystallization Behavior of Hydrogenated Amorphous Silicon Prepared by ECRCVD, Journal of Solid State Science and Technology, 6(2013).

12. Kitahara K, Ishii T, Suzuki J, Characterization of Defects and Stress in Polycrystalline Silicon Thin Films on Glass Substrates by Raman Microscopy, International Journal of Spectroscopy, (2011).

13. Sinclair R, in situ high-resolution transmission electron microscopy of material reactions, Cited by Get access, 38(2013) 1065-1071.

14. Marcins G, Butikova J, Tale I, Crystallization Processes of Amorphous Si by Thermal Annealing and Pulsed Laser Processing, Materials Science and Engineering, 23(2011).

15. Chou Ch H, Lee I Ch, Yang P.Y, June Effects of crystallization mechanism on the electrical characteristics of green continuous-wave-laser-crystallized polycrystalline silicon thin film transistors, Applied Physics Letters, 103(2011).

16. Lei K. F, Materials and Fabrication Techniques for Nano and Microfluidic Devices, in Microfluidics in Detection Science: Lab-on-a-chip Technologies, (2014) 1-28.

17. Etsu Shin, silicon wafer cleaning, MicroSi at (480) 893-8898.