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98 8 Ergebnisse und Diskussion 8.1.2.4 cw-Laserkristallisierung Da eine Kristallisierung amorpher Siliziumschichten durch Bestrahlung mit kurzen Laserpulsen in der Regel mit einem Aufschmelzen der Schichten verbunden ist, wurden Untersuchungen an cw-Iaserkristallisierten Filmen durchgeführt. Eine cw-Laserbestrahlung führt i. a. zu einer reinen Festphasenkristallisierung (s. Kap. 5, Abb. 5.1). Diese ist auf Grund der wesentlich kleineren Diffusionskoeffizienten im Festkörper verglichen mit der flüssigen Phase interessant (s. Kap. 1,3.2 und 8.1.2.3). Daher lassen sich z. B .. die in Kap. 8.1.2.3 beobachteten Verunreinigungen der Schichten durch Substratatome verringern. Auch die Kristallisierung mehrerer Schichten in einem Prozeßschritt ist denkbar. hn Gegensatz zu Kristallisierung im Rohrofen bildet sich ein Temperaturgradient aus, durch den das Substrat weniger geschädigt wird. 8.1.2.4e Ergebnisse Für die cw-Laserkristallisierung wurde ein Argon-Ionenlaser (s. Kap. 6.1) mit einer Laserwellenlänge von 488 nm verwendet. Der Laserstrahl wurde mittels einer Linse auf die Proben fokussiert. Der Spotdurchmesser betrug ca. 260 11m. Das der Kristallisierung dienende Laserlicht wurde bei den angegebenen Leistungen gleichzeitig zu Raman-Messungen verwendet. Abb. 8.32 zeigt die Raman-Spektren einer 720 nm dicken Schicht auf Corning-Glas exemplarisch für die ersten 7 Minuten der Laserkristallisierung. Zu jeder vollen Minute der Bestrahlungsdauer wurde für jeweils lOs ein Raman-Spektrum der Schichten bei der jeweiligen Laserleistung aufgenommen. An jedem Spektrum ist die aktuelle Bestrahlungsdauer angezeigt. Die Leistungsdichte der Laserstrahlung betrug während der ersten Minuten ca. 300 W/cm 2 • Dies entspricht etwa der Kristallisationsschwelle, da die Leistung so lange erhöht wurde, bis die Kristallisierung bei diesem Wert einsetzte. Vor der Laserbestrahlung ist nur die breite Linie des amorphen Materials zu erkennen. Bereits nach einer Minute beginnt die Linie der TO-Mode von kristallinern Silizium zu wachsen. Deren integraler Anteil am Spektrum wächst bei zunehmender Kristallisierungsdauer an, während der Anteil des amorphen Materials kontinuierlich abnimmt.
8 Ergebnisse und Diskussion 99 10 9 8 7 ...-.. ..c c W 6 ~ -.§ ..... 5 :(tS ..... • Ci) c ..... Q) 4 c 3 3min 2 1 0 400 450 500 550 Abb.8.32: Raman-Spektren einer Siliziumschicht (d=720 nm), die bei 488 nm cw-laserkristallisiert wurde (PIA=300 W/cm 2 ). Um ein qualitatives Maß für die fortschreitende Kristallisierung bzw. ein relatives Maß für den kristallinen Volumen anteil in der Schicht zu erhalten, wurde ein Index eingeführt. Dieser Index vergleicht einen festgelegten kristallinen Anteil der Spektren mit einem amorphen. In Abb. 8.33 wird die (willkürliche) Definition des Index spezifiziert. Dabei wurde der mit "a" bezeichnete Bereich als amorpher und der Bereich "c" als kristalliner Anteil festgelegt. Der Mittelwert aus "c" wurde durch den Mittelwert aus "a" dividiert. Der zu kleinen Wellenzahlen ansteigende Untergrund, der durch eine Überlagerung des Raman-Spektrums mit der Rayleigh-Streuung entsteht, wurde vor der Berechnung des Kristallisierungsindex abgezogen.
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