低温金属诱导横向晶化多晶硅材料和器件技术

使用金属镍诱导非晶硅晶化(MIC:metal-induced crystallization)技术,获得了低温(＜550℃)多晶硅.通常在镍覆盖区以外的晶化硅更加有用,这一技术被称为金属诱导横向晶化(MILC:metal-induced lateral crystallization)技术.通过对结晶动力学过程和材料特性的研究,提出了可同时适用于镍覆盖区和相连非覆盖区金属诱导结晶的同一晶化机制.虽然MILC多晶硅的材料特性明显优于固相晶化多晶硅的材料特性,薄膜晶体管沟道中存在MIC/MILC 的界面所形成的横向晶界会明显的降低其性能.若将这些界面从沟道中去除掉,即可获得可满足液晶和有机发光二极管等显示器进行系统集成所需的高性能器件.     

Ni金属诱导晶化非晶硅(a-Si:H)薄膜

对在氢化非晶硅薄膜（a-Si：H）上溅射金属Ni的样品进行金属诱导晶化（MIC）／金属诱导横向晶化（MILC），制备多晶硅薄膜（p-Si）的上艺及薄膜特性进行了研究。XRD测最结果表明非晶硅在500℃退火1h后就已经全部晶化。金属诱导晶化的优选晶向为（220）．而且晶粒随退火时间的延长而长大。非晶硅薄膜样品500℃下退火6h后的扫描电镜照片显示，原金属镍覆盖区非晶硅全部晶化．晶粒均匀．平均晶粒大小约为0．3μm，而且已经发生横向晶化。EDS测试Ni在晶化的非晶硅薄膜中的原子百分含量分析表明，金属Ni在MILC过程中的作用只是催化晶化．除了少量残留在MILC多晶硅中外．其余的Ni原子都迁移至晶化的前沿。500℃下退火20h后样品的Raman测试结果也表明．金属离子向周边薄膜扩散．横向晶化了非晶硅薄膜。     

多晶硅TFT的发展与应用

多晶硅TFT具有优良的电学性能，在显示中能够提供更亮、更精细的画面，被视为非晶硅TFT的理想替代品而被广泛地研究。本文主要评述非晶硅的晶化机理和主要研究结构，并简要介绍其应用。     

非晶硅薄膜晶化与结构特性的研究

本文采用TED、SEM和X光谱分析法研究了在550～750℃范围内用常压CVD法生长非晶硅薄膜的晶化和结构特性。指出了CVD非晶硅的晶化温度是680±10℃。在晶化温度以下的温度范围内,非晶硅的生长激活能为0.44eV;在晶化温度以上多晶硅的生长激活能为1.78eV。在由非晶硅向多晶硅转变过程中存在着具有准无序结构的微晶区域。     

金属诱导非晶硅薄膜低温晶化

介绍了一种非晶硅 (a- Si)薄膜低温晶化的新工艺 :金属诱导非晶硅薄膜低温晶化。研究了各种 a- Si/金属双层膜退火后的晶化情况。利用 X射线衍射分析了结晶硅膜的结构 ,通过光学显微镜观察了 Al诱导 a- Si薄膜晶化后的表面形貌 ,并初步探讨了金属诱导非晶硅薄膜低温晶化的机理     

铝诱导晶化法制备多晶硅薄膜

多晶硅薄膜在微电子和能源科学领域有着广泛的应用。本文介绍了利用铝诱导晶化非晶硅制备多晶硅薄膜的方法,叙述了铝诱导晶化法制备多晶硅薄膜的一般过程,着重讨论了铝诱导晶化非晶硅的机理和在制备过程中各种参数对多晶硅薄膜质量的影响。     

铝诱导晶化法制备多晶硅薄膜

多晶硅薄膜在微电子和能源科学领域有着广泛的应用.本文介绍了利用铝诱导晶化非晶硅制备多晶硅薄膜的方法,叙述了铝诱导晶化法制备多晶硅薄膜的一般过程,着重讨论了铝诱导晶化非晶硅的机理和在制备过程中各种参数对多晶硅薄膜质量的影响.     

铝诱导晶化法制备多晶硅薄膜

多晶硅薄膜在微电子和能源科学领域有着广泛的应用.本文介绍了利用铝诱导晶化非晶硅制备多晶硅薄膜的方法,叙述了铝诱导晶化法制备多晶硅薄膜的一般过程,着重讨论了铝诱导晶化非晶硅的机理和在制备过程中各种参数对多晶硅薄膜质量的影响.     

本征非晶硅薄膜的准分子激光晶化

为了减低非晶硅薄膜太阳能电池的光致衰减效应和提高其光电转换效率,用等离子体化学气相沉积系统制备了本征非晶硅薄膜,用波长为248nm的KrF准分子激光器激光晶化了非晶硅表层,用共焦显微喇曼测试技术研究了非晶硅薄膜在不同的激光能量密度和不同的频率下的晶化状态,并用扫描电子显微镜测试晶化前后薄膜的形貌。结果表明,随着激光能量密度的增大,薄膜晶化效果越来越好,能量密度达到268.54mJ/cm2时晶化效果最好,此时结晶比约为76.34%;最佳的激光能量密度范围是204.99mJ/cm2~268.54mJ/cm2,这时薄膜表面晶化良好;在1Hz~10Hz范围内,激光频率越大晶化效果越好;晶化后薄膜明显出现微晶和多晶颗粒,从而达到了良好的晶化效果。     

激光脉冲频率对不同衬底上非晶硅薄膜晶化的影响

应用不同频率的YAG激光分别对单晶硅及多晶硅衬底上的非晶硅薄膜进行了退火处理。晶化后的非晶硅薄膜的物相结构和表面形貌用XRD和AFM进行分析。XRD测试结果表明:随着激光频率的增加,两种衬底上的非晶硅薄膜晶化晶粒尺寸均出现了先增加后降低的现象。所有非晶硅样品的衍射峰位与衬底一致,说明非晶硅薄膜的晶粒生长是外延生长。从多晶硅衬底样品的XRD可以看出,随着激光频率的增加,激光首先融化衬底表面,然后衬底表层与非晶硅薄膜一起晶化。非晶硅薄膜最佳晶化激光频率分别为:多晶硅衬底20Hz,单晶硅衬底10Hz。     

非晶硅薄膜激光晶化及其结构分析

以射频(频率为13.6MHz)磁控溅射系统制备的非晶硅薄膜为前驱物,采用激光晶化技术实现从非晶硅薄膜到纳米晶硅薄膜的相变过程。采用拉曼光谱仪和高分辨透射电镜对激光晶化薄膜的组织结构进行了研究。结果表明:薄膜由非晶硅结构转变为微晶硅结构,微晶硅晶粒尺寸在纳米级。激光晶化存在一个最佳工艺参数,功率太高或太低都不利于晶化。     

金属Ni诱导非晶硅薄膜晶化研究

采用金属镍诱导晶化非晶硅薄膜的方法制备多晶硅薄膜,研究了不同退火温度和退火时间对晶化效果的影响,使用SEM、EDS和XRD分析了薄膜的晶化效果。实验发现,非晶硅薄膜在460℃以下退火不能晶化,在460℃退火30min已全部晶化;随着退火温度升高或退火时间延长,晶化效果变好;退火2h之后晶体生长近乎饱和。     

金属诱导晶化(MIC)模式非晶晶化的原位透射电子显微学研究

非晶晶化作为一种制备晶体材料的有效方法已得到广泛应用,近年来,采用金属诱导晶化(metal induced crystallization, MIC)法显著降低材料的晶化温度引起了研究者们的兴趣。为探究MIC模式下温度对金属催化剂扩散行为及晶化过程中材料结构变化的本征影响,本研究以金属Pt诱导非晶硅晶化为例,采用透射电镜结合原位热学研究方法,在原子尺度上直接观察MIC模式下非晶硅的晶化过程。结果显示在550℃下Pt/Si界面处产生了硅化物Pt₂Si等化合物,使得材料界面处出现明显的结构变化。而当温度升高至650℃时,Pt会以颗粒移动的形式发生扩散,且扩散过程中会发生明显的几何结构变化。Pt与非晶硅不同的扩散速度会导致界面处出现柯肯达尔孔洞而阻碍界面处两种材料的进一步扩散。当温度升高至700℃时,非晶硅发生晶化,且在此过程中Pt对非晶硅的晶化起了促进作用。     

非晶硅膜爆发结晶中的螺线形成机理

某些非晶硅薄膜在弧光诱发的晶化过程中有时会在其辐射状晶区形成多种形状的螺线.这些螺线是生长中的晶体与爆发结晶过程中的热漏等阻遏机构相互作用的结果.阻遏机构的存在通常与这些薄膜的不均匀性有关.     

金属诱导横向晶化非晶硅薄膜技术及新发展

金属诱导横向晶化技术(MILC)由于具有晶化温度低、晶化颗粒大等优点而获得了快速发展。阐述了金属诱导横向晶化非晶硅薄膜的晶化机理、晶化效果及影响晶化效果的主要参数,并介绍了基于多种辅助措施,如离子掺杂、电磁场辅助、微波退火、激光退火、氮硅化合物覆盖法和焦耳热升温法等方法,以优化金属诱导横向晶化非晶硅薄膜。辅助措施均有利于增强晶化效果,更易获得大面积无孪晶多晶硅薄膜,并具有较高的载流子迁移率。最后提出采用微纳金属阵列结构调控晶化能量,实现低温、高速、大晶粒直径的多晶硅薄膜制备新方法。     

连续氩氪离子激光晶化非晶硅薄膜的研究

为了研究连续激光晶化非晶硅薄膜中激光功率密度对晶化效果的影响,利用磁控溅射法制备非晶硅薄膜,采用连续氩氪混合离子激光器对薄膜进行退火晶化,用显微喇曼光谱测试技术和场发射扫描电子显微镜研究了薄膜在5ms固定时间下不同激光功率密度对晶化效果的影响,并对比了普通玻璃片和石英玻璃两种衬底上薄膜晶化过程的差异。结果表明,在一定激光功率密度范围内(0kW/cm2~27.1kW/cm2),当激光功率密度大于15.1kW/cm2时,普通玻璃衬底沉积的非晶硅薄膜开始实现晶化;随着激光功率密度的增大,晶化效果先逐渐变好,之后变差;激光功率密度增大到24.9kW/cm2时,薄膜表面呈现大面积散落的苹果状多晶硅颗粒,晶粒截面尺寸高达478nm ;激光功率密度存在一个中间值,使得晶化效果达到最佳;石英衬底上沉积的非晶硅薄膜则呈现与前者不同的结晶生长过程,当激光功率密度为19.7kW/cm2时,薄膜表面呈现大晶粒尺寸的球形多晶硅颗粒,并且晶粒尺寸随着激光功率密度的增大而增大,在 27.1kW/cm2处晶粒尺寸达到最大5.38m。研究结果对用连续激光晶化法制备多晶硅薄膜的研究具有积极意义。     

铝诱导多晶硅薄膜籽晶层的电学性质

利用磁控溅射系统在玻璃衬底上制备出具有玻璃∕铝∕非晶硅的多层膜结构样品,然后在管式退火炉中以一定的温度退火,使非晶硅晶化形成多晶硅薄膜籽晶层。扫描电子显微镜(SEM)及光学显微镜测试表明,铝诱导结晶后样品中的铝层已被完全置换为连续并且厚度均匀的多晶硅层,多晶硅晶粒的平均尺寸为23μm。喇曼光谱测试和X射线衍射(XRD)分析表明,多晶硅薄膜籽晶层具有良好的结晶质量,并且具有高度的(111)择优取向。霍尔测试结果表明,铝诱导多晶硅薄膜籽晶层属于高浓度p型掺杂,掺杂浓度达到了1018/cm3。分析认为铝在非晶硅晶化过程中不仅扮演了诱导金属的角色,还起到了掺杂的作用。     

脉冲Nd:YAG激光器选区晶化制备多晶硅薄膜

采用三倍频后的Nd:YAG固体脉冲激光系统(波长为355 nm)选区诱导晶化非晶硅薄膜,以制备多晶硅薄膜。分别测试了激光晶化前后薄膜的表面形貌和拉曼光谱。在文中分析了400 nm厚薄膜在激光扫描前后的表面形貌变化。拉曼光谱显示薄膜的晶化程度随着激光能量的增加而提高。最优的激光晶化能量密度与薄膜的厚度相关。对于300 nm和400 nm厚的非晶硅薄膜,有效晶化非晶硅的能量密度分别在440-634 mJ/cm²,777-993 mJ/cm²之间。在激光能量密度分别为634 mJ/cm²,975 mJ/cm²和1571 mJ/cm²时,300 nm、400 nm和500 nm厚薄膜达到最好的晶化效果。     

非晶硅薄膜的YAG激光晶化工艺研究

应用YAG激光器在不同工艺条件(激光脉冲频率及脉宽)下对非晶硅薄膜进行了微晶化处理。采用XRD和AFM对所制薄膜的物相结构和表面形貌进行了分析,并探索了激光脉冲占空比对非晶硅薄膜晶化的影响。结果表明,非晶硅薄膜在不同激光脉冲占空比情况下的结晶变化趋势均为多晶硅衬底表层先非晶化,后与非晶硅薄膜一起结晶,而利于其结晶的最佳占空比为1/25。已晶化硅薄膜的晶粒尺寸随占空比的增加先变大后变小。     

平顶绿光晶化制备多晶硅薄膜

利用倍频Nd∶YAG激光器使玻璃基底上沉积的非晶硅薄膜成功实现了晶化.YAG激光器的倍频绿光经蝇眼透镜阵列整形后得到一光强均匀分布的平顶光束,并用此光束对非晶硅薄膜进行扫描晶化处理.分别测量了激光晶化前后薄膜的拉曼谱和表面形貌.测量结果表明,非晶硅实现了到多晶硅的相变,且晶化处理后表面起伏度明显增大.根据拉曼谱的数据计算了不同激光能量密度下薄膜的粒度大小和结晶度.结果表明,在一定能量密度(400～850 mJcm2)范围内,结晶膜的晶粒粒度和结晶度随激光能量密度升高而增大.然而能量密度大于1000 mJ/cm2后,检测不到明显的多晶硅特征峰.激光能量密度在850 mJ/cm2左右可得到最佳晶化效果.