View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

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dabei primär um einen thermisch aktivierten Prozeß handelt [92]. Die Aktivierungsenergie für
thermische Festphasenkristallisation von amorphem Silizium beträgt 2.35 e V und ist
unabhängig von der Orientierung der Wachstumsrichtung [39] (vgl. auch Kap. 5.2).
Die Laserleistungsdichte wurde von sehr geringen Werten bis auf 300 m W /cm 2 erhöht, ehe
eine Kristallisation beobachtet werden konnte, so daß diese Leistungsdichte etwa der
Kristallisationsschwelle entspricht. Unter "Kristallisations schwelle" ist dabei im folgenden
die Leistungsdichte zu verstehen, ab der eine Kristallisation des Materials in einem Zeitraum
von einigen Minuten gemessen werden kann. Die Absolutwerte der angegebenen
Leistungsdichten können mit einem größeren Fehler behaftet sein, da hier der reziproke
Spotdurchmesser quadratisch eingeht.
Der in Abb.8.33 definierte Kristallisierungsindex stellt em qualitatives Maß für den
kristallinen Anteil der Siliziumschicht dar. Er steigt jeweils zu Beginn der Bestrahlung mit
einer neuen Laserleistungsdichte stark an und erreicht nach wenigen Minuten einen
Sättigungswert. Diese Sättigungswerte steigen mit zunehmender Leistungsdichte an. Ähnliche
Beobachtungen wurden bei der cw-Laserkristallisierung von Siliziumschichten gemacht,
deren Ausgangsphase jeweils vollständig amorph war [93]. Raman-Untersuchungen ergaben,
daß die Kristallitgröße bei der cw-Laserkristallisierung mit zunehmender Bestrahlungsleistung
wächst [91].
Das Anwachsen der Sättigungswerte des Kristallisierungsindex mit der Leistung ist daher
vermutlich auch ein Korngrößeneffekt. Da die PECVD-Schichten auf einer mikroskopischen
Skala nicht homogen sind, wachsen die Kristallite bis zu einer bestimmten Größe heran, bis
sie an Bereiche stoßen, deren Kristallisierung eine etwas höhere Aktivierungsenergie
erfordert. Diese höhere Aktivierungsenergie wird durch eine Erhöhung der
Laserleistungsdichte und damit der Schichttemperatur zur Verfügung gestellt. Daher kann ein
erneuter Anstieg des kristallinen Beitrags zu den Raman-Spektren beobachtet werden.
Das Erreichen eines Sättigungswertes bzw. die Verlangsamung der Kristallisation bei einer
konstanten Laserleistungsdichte kann zusätzlich auch durch ein Absinken der Schichttemperatur
verursacht werden. Dadurch daß die Schicht teilweise kristallisiert wird, nimmt ihr
mittlerer Absorptionskoeffizient bei 488 nm Wellenlänge ab (vgl. Kap. 2 und Kap. 3.2,
Abb. 3.2). Die Schicht wird im Energiebereich der Laserwellenlänge transparenter, absorbiert
weniger Energie und kühlt ab. Darüber hinaus steigt die mittlere Wärmeleitfähigkeit des
Materials mit zunehmender Kristallisation an. Da die Temperaturen nicht wie bei der
gepulsten Laserkristallisierung im Bereich der Schmelztemperatur liegen, können die in den
Simulationsrechnungen verwendeten Wärmeleitfahigkeiten (s. Anhang) nicht herangezogen
werden. Zu einer Abschätzung wurden statt dessen Werte bei Raumtemperatur herangezogen.