КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО АМОРФНОГО КРЕМНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ФЕМТОСЕКУНДНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Володин В.А. volodin@isp.nsc.ru

Качко А.С. kachko.alex@isp.nsc.ru

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ СО РАН

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кремний-2010, 6-9 июля

Нижний Новгород

Интерес

Технологии LTPS Производство TFT матриц Подвижность электронов: poly-Si ~200 см2/В*сек, a-Si ~0.5 см2/В*сек T < 400°C Снижение энергопотребления и уменьшение габаритов при использовании LTPS

технологий

Интерес

PV. Солнечные батареиУправляющие транзисторы для жидкокристаллических дисплеев

Развитие рынка возобновляемых источников энергии к 2013 году

Развитие рынка Green IT к 2015 году

Эксперимент

ПХО осаждение пленок a-Si:H на стекло из SiH4

• T=250 ºC, Corning 7059, d=90-100 нм, H: 20 ат. %

• T=200 ºC, предметное стекло, d=20-160 нм, H: 30-40 ат. %

a-Si:Hpoly-Si

20 мкм

SiH4

Лазерные обработки

Изображение в оптический микроскоп кристаллизованных сканирующими обработками с шагом 50 микрометров областей и исходных областей плёнки первого типа (толщина 90 нм).

Лазерная кристаллизация в poly-Si• Сканирующие лазерные обработки

перекрытие 90-96 %• Ti-Sapphire, λ=800 нм, t < 30

Ti-Sapphire

Спектры КРС плёнки первого типа (толщина 100 нм) – исходной и после фемтосекундных лазерных импульсных обработок, 2 и 8 импульсов, плотность энергии в импульсе 65 мДж на квадратный сантиметр.

Лазерные обработки

Измерения

КРС спектрометр T64000 HORIBA Jobin Yvon.

Возбуждающий лазер: Ar+, λ=514.5 нм, J = 2-3 мВт

Спектры КРС плёнки первого типа (толщина 90 нм) – исходной и после фемтосекундных сканирующих лазерных обработок.

Результаты. Пленки 1 типа.

Спектры КРС плёнки второго типа (толщина 128 нм) после фемтосекундных сканирующих лазерных обработок.

Результаты. Пленки 2го типа.

Пленки 2го типа

Пленка а-Si:H до обработки. Содержание водорода ~ 30 %

Пленка а-Si:H после обработки фемтосекундными импульсами

20 мкм

Изображение в оптический микроскоп кристаллизованных сканирующими обработками областей плёнки второго типа (толщина 128 нм).

Заключение

Фемтосекундные лазерные обработки были успешно применены для кристаллизации аморфных гидрогенизированных плёнок кремния.

Установлены режимы полной кристаллизации плёнок на стекле с толщинами до 100 нм, содержащих до 20 атомарных процентов водорода. При большем содержании водорода процесс кристаллизации неоднороден, наблюдается лазерная абляция некоторых областей плёнок.

Развитый подход может быть использован для создания полупроводниковых поликристаллических плёнок на нетугоплавких подложках.

Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук. ИФП СО РАН

Спасибо за внимание!

ВРЭМ poly-Si

Электронно-микроскопическое изображение плёнки кремния первого типа, кристаллизованной фемтосекундными лазерными импульсами. Слева – область сканированная лазером; справа – область за фронтом кристаллизации.

КРС. КРС на кремнии

hωs

Eph, kph

hω0

k0 ks

Стоксов процесс: hωs= hω0-Eph

Час

тота

Пл

отн

ость

сос

тоян

ий

TO

LO

LA

TA