Caracterización de películas delgadas de silicio policristalino mediante difracción de rayos X

A. G. BENVENUTO; N. BUDINI; R. H. BUITRAGO; R. D. ARCE; J. A. SCHMIDT

Santa Fe

Congreso; VIII Reunión Anual de la Asociación Argentina de Cristalografía; 2012

Las películas delgadas de silicio policristalino (pc-Si) depositadas sobre sustratos de vidrio han despertado gran interés por su posible uso como material de base para producir dispositivos electrónicos, como transistores de película delgada o celdas solares. En este trabajo presentamos la caracterización estructural de muestras de pc-Si obtenidas por dos métodos distintos. Por un lado, usamos la deposición química desde la fase vapor (CVD) empleando triclorosilano (SiHCl3) como fuente de Si y tribromuro de boro (BBr3) como elemento dopante. La reacción se produce por descomposición térmica a unos 800 ºC. Las películas de pc-Si resultaron homogéneas, bien adheridas al sustrato y con una estructura columnar adecuada para la conducción eléctrica en la dirección perpendicular al plano de la película [1]. El otro método utilizado para la obtención del pc-Si se basa en la cristalización del silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H) obtenido por CVD asistida por plasma (PE-CVD). Usando silano (SiH4) como gas precursor, el cual se descompone en un plasma de radiofrecuencia, se obtienen capas delgadas de a-Si:H. Luego, un recocido en horno convencional del a-Si:H a temperaturas cercanas a 600 ºC da como resultado películas de pc-Si por un proceso de cristalización en fase sólida [2]. La caracterización estructural involucró mediciones de difracción de rayos X, llevadas a cabo en un difractómetro Shimadzu XD-D1 que utiliza la línea Cu Kα (a 30 kV y 40 mA) en una configuración típica θ?2θ. A partir de los patrones de difracción obtenidos, se evaluó la orientación cristalina de las películas de pc-Si. Para las muestras depositadas por CVD, se encontró una clara orientación preferencial con el plano (2 2 0) paralelo a la superficie. Los patrones presentaron un pico intenso en la posición 2θ = 47.3°, correspondiente al plano (2 2 0), y picos mucho menores en 28.4° y 56.1°, correspondientes a los planos (1 1 1) y (3 1 1), respectivamente. Para cuantificar el grado de orientación preferencial de las películas, se calculó el factor de orientación Alfa_hkl. Este factor, que cuantifica la fracción volumétrica de granos cristalinos con una orientación específica, toma valores cercanos al 95 % para la orientación (2 2 0) en muestras de pc-Si depositadas por CVD. Por el contrario, para las muestras obtenidas por cristalización del a-Si:H se obtiene una leve orientación preferencial en el plano (1 1 1). La orientación preferencial (2 2 0) de una capa con estructura columnar se considera una característica favorable para las aplicaciones electrónicas, ya que se asocia con una baja actividad de recombinación en los bordes de grano. La textura (2 2 0) asegura que muchos bordes de grano sean del tipo [1 1 0]-tilt, los cuales son eléctricamente inactivos debido a que crecen sin rotura de enlaces [3]. [1] A.G. Benvenuto, R.H. Buitrago, J.A. Schmidt, Eur. Phys. J. Appl. Phys., 58 (2012) 20101. [2] N. Budini, P.A. Rinaldi, J.A. Schmidt, R.D. Arce, R.H. Buitrago, Thin Solid Films, 518 (2010) 5349. [3] J.H. Werner, R. Dassow, T.J. Rinke, J.R. Kohler, R.B. Bergmann, Thin Solid Films, 383 (2001) 95.