View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

9 Zusammenfassung und Ausblick 137
spielen. Simulationsrechnungen ergaben einen mittleren Absorptionskoeffizienten der
a-Si-Schichten vor dem Aufschmelzen während der Laserpulse, der um etwa einen Faktor 7
über dem linearen Absorptionskoeffizienten liegt. Da bei 1064 nm der Absorptionskoeffizient
des aufgeschmolzenen Materials um zwei Größenordnungen auch über dem mittleren Wert
für amorphes Silizium liegt, stellt das Aufschmelzen einen weiteren selbstverstärkenden
Effekt für das Erwärmen der Schichten dar. Daher werden bei 1064 nm laterale
Temperaturgradienten weiter erhöht und verursachen eine laterale Propagation der
Kristallisationsfronten. Da die Dichte von kristallinern Silizium niedriger ist als diejenige von
flüssigem Material, schiebt die Kristallisationsfront einen Teil des noch flüssigen Materials
vor sich her. Bei einem Zusammenlaufen der Fronten während der Abkühlung der Schicht
bilden sich die beobachteten Oberflächen peaks.
Für 250 nm dicke Schichten auf Coming-Glas bzw. Quarz liegt das Energieintervall von der
Kristallisations- bis zur Ablationsschwelle für 532 nm Anregungswellenlänge zwischen 70
und 500 mJ/cm 2 , für 1064 nm zwischen 400 und 590 mJlcm 2 • Die Abhängigkeit der
Kristallitgrößen von der Pulsenergie konnte mit Hilfe von Simulationsrechnungen auf die
Aufschmelztiefe der Schichten zurückgeführt werden. Dabei zeigte sich, daß für A.=532 nm
die Schichten bei den verwendeten Pulsenergien nur während des ersten Laserpulses
vollständig aufgeschmolzen werden. Eine maximale Kristallitgröße wird nur bei einem
Aufschmelzen der gesamten Schicht erreicht. Die durch die Materialkontraktion bei der
Kristallisation verursachten Dehnungsspannungen sind bei 1064 nm Wellenlänge geringer als
bei 532 nm, da durch lateralen Materialtransport Spannungen abgebaut werden können.
Eine gewünschte selektive Kristallisierung bei 1064 nm konnte nicht ausgenutzt werden. Auf
Grund der zur Kristallisierung erforderlichen Reduzierung des Wasserstoffgehaltes stieg der
Absorptionskoeffizient der amorphen Siliziumschichten so weit an, daß er sich im nahen IR
kaum noch von dem des mikrokristallinen Materials unterscheidet.
Die Schichten, welche auf Coming-Glas kristallisiert wurden, zeigten Verunreinigungen aus
dem Substrat vor allem durch Bor und Aluminium im Bereich der Substratgrenzfläche. Diese
Verunreinigungen wurden durch das Aufschmelzen der Schichten an der Substratgrenzfläche
verursacht. Versuche mit transparenten hochschmelzenden Diffusionsbarrieren aus Si0 2 und
SiN haben eine Reduzierung der Verunreinigungen in den Siliziumschichten ergeben. Für die
Herstellungsverfahren solcher Diffusionsbarrieren besteht jedoch Optimierungsbedarf. Um
eine unerwünschte Materialdiffusion zu vermeiden, ist auch die Festphasenkristallisation von
Interesse, die unter Durchführung von cw-Laserkristallisierung untersucht wurde.
Mit Hilfe der strukturierten Laserkristallisierung konnte gezeigt werden, daß
laserkristallisierte Keimpunkte in einer amorphen Matrix einen wesentlichen Einfluß auf die