View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

126 8 Ergebnisse und Diskussion
durch Laserkristallisierung bekeimten Schicht eindeutig auf eine Verbesserung der
strukturellen Eigenschaften der thermisch erzeugten Kristallite zurückzuführen.
Die Ursache dieser Verbesserung liegt, wie bereits zu Beginn der Diskussion erwähnt, in der
bevorzugten Kristallisation im Bereich der bereits laserkristallisierten Punkte in Verbindung
mit der starken Anisotropie der Kristallisationsgeschwindigkeit. Die Grenzfläche zu dem
laserkristallisierten Material bietet eine heterogene Nukleationsumgebung, an der eine sehr
viel größere Dichte an Kristalliten entsteht als in der amorphen Matrix. Da diese Kristallite
sehr eng nebeneinander liegen und in den Halbraum der amorphen Umgebung hineinwachsen
müssen, kommt es zu einem Überwachsen von Kristalliten. Nur diejenigen, die eine
Zwillingsgrenze in (112) -Richtung etwa radial zu dem laserkristallisierten Punkt besitzen,
setzen sich gegenüber ihren unmittelbaren "Konkurrenten" um den amorphen Halbraum
durch. Diese Zwillingsgrenze erlaubt es den Kristalliten, schneller von dem
laserkristallisierten Punkt aus zu wachsen als ihre Nachbarn. Dieses kontrollierte radiale
Wachstum erhöht die durchschnittliche Kristallitgröße gegenüber der spontanen statistischen
Kristallisation. Dort finden sich zwar auch Körner vergleichbarer Größe, in der Endphase der
Kristallisation stoßen jedoch viele kleiI1ere Kristallite, die aus späteren oder langsameren
Nukleationen entstanden sind, an die Korngrenzen ihrer Nachbarn. Diese können bei der
Festphasenkristallisation nicht überwunden werden und führen zu einer großen Dichte sehr
kleiner und mittelgroßer Kristallite.
Ein Vergleich der vier laserkristallisierten Punkte in der Durchlicht-Mikroskopaufnahme in
Abb.8.43 mit dem Oberflächenprofil dieses Ausschnitts (Abb.8.44) zeigt eine leichte
Absenkung der thermisch kristallisierten Bereiche gegenüber der amorphen Schicht. Dabei
verhalten sich die kristallisierten Bereiche um die laserkristallisierten Punkte ähnlich wie die
spontan entstandenen Keime. Die Absenkung (vgl. Abb. 8.46) beträgt 6-7 nm und damit
ca. 1.6% der Schichtdicke.
Diese Kontraktion ist auf den Dichteunterschied zwischen amorphem und kristallinem
Silizium zurückzuführen, der allerdings 3% beträgt [69]. Daher konnte die Schicht nicht
vollständig relaxieren, wodurch die Verschiebung der TO-Mode um 1 cm- l zu niedrigeren
Wellenzahlen gegenüber einkristallinem Silizium zu erklären ist. Die glatte Oberfläche der
thermisch kristallisierten Bereiche ist durch den grenzflächenkontrolIierten Wachstumsprozeß
der Kristallite zu erklären. Die Verschiebung der Atome in der amorphen Phase beträgt nicht
mehr als einen Gitterplatz [112]. Wenn ein Kristallit während des Wachstums die
Schichtoberfläche erreicht, kann er nicht über diese hinauswachsen. Es fmdet kein weiterer
Materialtransport in der Wachstumsrichtung statt, so daß die Schichtoberfläche die
Wachstumsgrenze darstellt und glatt bleibt.