Wechselwirkung von Morphologie und Wasserstoff in passivierendem amorphem Silizium

Gerke, Sebastian GND

Nominell intrinsisches und hydriertes amorphes Silizium ((i) a-Si:H) kann mittels PECVD-Abscheidung in Abhängigkeit der Prozessparameter zu einer nicht-kolumnaren oder kolumnaren Morphologie des amorphen Netzwerkes abgeschieden werden. Indirekte Verfahren, wie Wachstums- oder Bindungsanalysen, erlauben es, die jeweilige Morphologie zu verifizieren. Erweiterte nukleare Resonanz Reaktionsanalysen, wie die Untersuchung des effektiven Abbremsquerschnittes, verdeutlichen einen Zusammenhang zwischen der Ausdiffusion von Wasserstoff und der Morphologie des (i) a-Si:H. Die Kombination der unterschiedlichen Morphologien in einem Schichtstapel führt zu einer, verglichen mit Einzelschichten, verbesserten Passivierqualität. Die passivierenden Eigenschaften von kolumnarem (i) a-Si:H lassen sich durch das Aufbringen einer zweiten, nicht kolumnaren (i) a-Si:H Schicht optimieren. Eine kolumnare Schicht zeichnet sich durch ein extrem beschleunigtes Wachstum in der frühen Phase ihrer Abscheidung aus. Neben dem erstmaligen direkten Nachweis dieser fast grown layer können spezifische Charakteristika in Bezug auf elektrische und morphologische Eigenschaften aufgezeigt werden. Der Prozess der Kathodenzerstäubung ermöglicht es, wasserstofffreie a-Si Schichten abzuscheiden. Vergleichende Untersuchungen mit post-hydrierten Schichten verdeutlichen, wie die Anzahl an Defektzuständen innerhalb der Bandlücke zwischen den Beweglichkeitskanten mit der Wasserstoffkonzentration korreliert. Eine Konsequenz des fehlenden Wasserstoffs bei der Abscheidung ist eine, verglichen mit der PECVD-Abscheidung, hohe Oberflächenrauigkeit. Das Verwenden eines Zusatzplasmas direkt über dem c-Si Trägersubstrat verringert in Folge seiner abrasiven Eigenschaft nicht nur die Oberflächenrauigkeit der aufwachsenden a-Si Schicht, sondern sorgt für eine Vorreinigung des c-Si Trägersubstrates. Hierdurch kann auf eine chemische Entfernung von natürlichem Siliziumoxid im Vorfeld der Abscheidung verzichtet werden. Im amorphen Netzwerk beruht die Diffusion von Wasserstoff während der Post-Hydrierung auf dem Mechanismus der störstellenbasierten Diffusion. Basierend hierauf kann ein Modell entwickelt werden, welches es erlaubt, Wasserstofftiefenprofile in post-hydrierten Schichten vorherzusagen. Die für das Modell benötigten Parameter können anhand eines gemessenen Wasserstofftiefenprofils und einer FTIR-Messung ermittelt werden.

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Gerke, Sebastian: Wechselwirkung von Morphologie und Wasserstoff in passivierendem amorphem Silizium. Hagen 2015. FernUniversität in Hagen.

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