View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

8 Ergebnisse und Diskussion 123
In der Umgebung der laserkristallisierten Punkte tritt eine bevorzugte Kristallisation ein. Der
grenzflächenkontrollierte Prozeß [5] der Festphasenkristallisation findet nur an der
Grenzfläche von Kristalliten und der sie umgebenden amorphen Matrix statt [100, 101]. Die
Grenzflächen der bereits durch die Laserbestrahlung erzeugten kristallinen Punkte bilden
präferenzielle Wachstumsfronten der kristallinen Phase. Ob die durch Laserbestrahlung
erzeugten Körner weiterwachsen oder hauptsächlich neue Nukleationskeime an der
Grenzfläche gebildet werden, geht aus den TEM-Aufnahmen nicht hervor. Es wurde jedoch
beobachtet, daß die Aktivierungsenergie für spontane Nukleation durch heterogene
Nukleationsumgebungen herabgesetzt werden kann [102]. Dies könnte eine hohe
Nukleationsdichte an den laserkristallisierten Punkten im Vergleich zur amorphen Matrix
erklären, wie sie anband von Abb. 8.47 zu vermuten ist.
Toet et al. führen die bevorzugte Kristallisierung im Bereich von laserkristallisierten Punkten
auf Spannungen in der Schicht zurück [103]. Eine direkt in den laserkristallisierten Punkten
erzeugte Dehnungsspannung wird durch den Dichteunterschied zwischen kristallinern und
amorphem Silizium und den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des
laserkristallisierten Materials und des Substrats verursacht [104] (vgl. auch Kap.8.1.2.1d).
Als Folge wird das umliegende amorphe Material zu dem laserkristallisierten Keim gezogen.
Dies führt in der amorphen Schicht zu einer Dehnungsspannung radial und einer
Kompressionsspannnug tangential zum Zentrum des Keims. Toet et al. bestimmten die
Differenz dieser Spannungen am Rand der laserkristallisierten Punkte zu etwa 4.5 kbar. Es
wurde beobachtet, daß Spannungen in der amorphen Siliziumschicht bei thermischer
Kristallisierung zur Entstehung größerer Kristallite fUhren [105-107].
TEM-Aufnahmen wie Abb. 8.47 zeigen jedoch, daß die im Rahmen dieser Untersuchungen
im Bereich der laserkristallisierten Punkte entstandenen Kristallite fast ausschließlich von der
Grenzfläche dieser Punkte aus gewachsen sind. Falls eine Spannung im Bereich der Punkte
die Nukleationswahrscheinlichkeit erhöhen würde, so wären auch Keime in diesem Bereich
entstanden, die sich nicht direkt an die ursprüngliche Grenzfläche anschließen. Auch die
Wachstumsgeschwindigkeit liegt im Bereich der laserkristallisierten Keime nicht höher als in
der amorphen Matrix. Dies wird durch das Auftreten von spontan entstandenen Kristalliten
belegt, welche die gleiche Größe besitzen wie die an den laserkristallisierten Punkten
gewachsenen Körner. Daher erscheint hier ein Einfluß der Spannungen in der Schicht auf die
präferenzielle Kristallisation an den laserkristallisierten Punkten unwahrscheinlich. Allein die
Existenz der Grenzfläche könnte dafür verantwortlich sein. Die Schichtkante direkt an dem in
Abb.8.40d und e zu erkennenden Kratzer bietet ebenfalls eine heterogene Nukleationsumgebung,
an der bevorzugt Kristallite entstehen.