2. Técnicas de produção de filmes finos de silício policristalino
2.2. Cristalização de silício amorfo
2.2.4. Resumo das técnicas de cristalização
Ao longo das secções anteriores foi feita uma abordagem a algumas técnicas de cristalização de silício amorfo para obtenção de filmes policristalinos. A tabela seguinte mostra valores para a energia de activação das etapas de nucleação e crescimento dos grãos obtidos da literatura, para as diferentes técnicas de cristalização. Apesar de ser necessário algum cuidado ao compará-los, uma vez que as condições de preparação e processamento das amostras foram diferentes, é possível verificar o efeito da presença de metal.
Tabela 2.I – Comparação dos valores de energia de activação para a nucleação e crescimento dos grãos em diferentes técnicas de cristalização do silício amorfo.
Técnica Nucleação Crescimento Referência
SPC 5,1 eV 4,9 eV 3,3 eV 2,4-4,9 eV [60] [61] MIC (Al) (Ni) (Ni) 1,9eV 0,4-1,3 eVB 0,4-1,3 eVB 1,8 eV 0,9 eV 1,5 eV [88] [19] [113] MILC (Ni) 0,4-1,3 eVB 0,4-1,3 eVB 0,3-1,9 eV 2,0-2,3 eV 2,1 -2,7 eV [114] [111] [115] B
Valores minorados pela nucleação de silicetos Si-Ni[114] e majorados pelo coeficiente de difusão de níquel no silício amorfo [102].
Porém, além das técnicas descritas mais detalhadamente neste capítulo, existem outras como RTA, ELA ou cristalização lateral assistida por campo eléctrico (FELC – Field
Enhanced Lateral Crystallization), uma variante da MILC, que são também utilizadas na
cristalização do silício. A Tabela 2.II tenta resumir as vantagens e desvantagens das técnicas mais comuns, comparando também dois parâmetros importantes como o tempo e temperatura de processo.
Tabela 2.II – Análise comparativa das técnicas mais comuns de cristalização de silício amorfo [13-20, 24-26, 116-119].
Técnica Vantagens Desvantagens Temperatura (°C) Tempo (h) SPC Simplicidade Alto rendimento Uniformidade Elevado temperatura Tempos longos Pequeno tamanho de grão
>600°C 10 a 60 MIC Simplicidade Alto rendimento Uniformidade Tempo de processo
Contaminação por metal Presença de silicetos nas
fronteiras de grão e segregação de metal
450 a 550°C 1 a 20
MILC Elevado tamanho de grão
Uniformidade
Complexidade Tempo
Contaminação por metal
500 a 600°C ~1.5-2 μm/h a 500°C
FELC
Elevado tamanho de grão Uniformidade Tempo de processo
Complexidade
Contaminação por metal 380 a 500°C
~30-40 μm/h a 500°C entre 200-300 V.cm-1 RTA Simplicidade Uniformidade Alto rendimento Temperatura Controlo da nucleação/tamanho de grão 800 a 850°C (pulsos curtos) 500 a 550°C (estabilização) < 0,5 h ELA Elevada qualidade cristalina Elevado tamanho de grão
Complexidade Custo Uniformidade Aquecimento indirecto do substrato (<400°C) Depende da área do feixe e dimensão do substrato
Estas são as técnicas mais convencionais, prevendo-se que num futuro próximo a combinação de algumas destas, como já acontece, ou outras novas venham a ser frequentemente usadas na cristalização do silício. Uma técnica apontada como possível alternativa é a cristalização induzida por metal através de uma barreira (MICC – Metal
Induced Crystallization using a Cap), possibilitando a redução da nucleação e aumento do
Técnicas de produção de filmes finos de silício policristalino
lado, a combinação de ELA com MILC é já utilizada de modo a eliminar possíveis fracções amorfas remanescentes do processo de cristalização e/ou obter um tamanho de grão maior por recristalização [123]. Uma outra combinação, em estudo para aplicação em processos industriais, é a utilização de ELA para cristalizar zonas amorfas adjacentes a áreas cristalizadas por MIC num processo conhecido por Silício de Grão Continuo (CGS –
Continuos Grain Silicon) [124].
2.3. Referências
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