Εναπόθεση και χαρακτηρισμός νανοδομημένου πυριτίου για οπτοηλεκτρονικές εφαρμογές

• Κύριος συγγραφέας: Φαρσάρη, Εργίνα
• Άλλοι συγγραφείς: Ματαράς, Δημήτριος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2016
• Θέματα: Νανοδομημένο υδρογονωμένο πυρίτιο; Χημική εναπόθεση ατμών υποβοηθούμενη με πλάσμα; Nanostructured hydrogenated silicon; Plasma enhanced chemical vapour deposition; 621.381045

Το νανοδομημένο υδρογονωμένο πυρίτιο αποτελεί ένα από τα βασικότερα υλικά των οπτοηλεκτρονικών διατάξεων λεπτών υμενίων (φωτοβολταϊκά κελιά λεπτών υμενίων, TFT, αισθητήρες). Η κύρια τεχνική που χρησιμοποιείται βιομηχανικά για την παραγωγή υμενίων υδρογονωμένου πυριτίου, είναι η χημική εναπόθεση ατμών υποβοηθούμενη με πλάσμα (PECVD). Η διεργασία λαμβάνει χώρα σε χωρητικά συζευγμένους αντιδραστήρες (CCP) χρησιμοποιώντας ως πρόδρομο αέριο το σιλάνιο ή μίγματά του με υδρογόνο. Το κύριο πλεονέκτημα της τεχνική αυτής είναι ότι με μικρές μεταβολές στις παραμέτρους της διεργασίας, είναι δυνατή η εναπόθεση τόσο άμορφων όσο και μικροκρυσταλλικών υμενίων. Ωστόσο, ένα από τα κύρια προβλήματα που παρουσιάζονται στη χρήση των CCP πηγών, είναι ο ιδιαίτερα χαμηλός ρυθμός εναπόθεσης των μικροκρυσταλλικών υλικών, ο οποίος δεν υπερβαίνει τα 5 Å/sec. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης πηγών πλάσματος υψηλής πυκνότητας ηλεκτρονίων για την ενίσχυση του ρυθμού εναπόθεσης λεπτών υμενίων μικροκρυσταλλικού πυριτίου, κατάλληλων για την ενσωμάτωσή τους σε οπτοηλεκτρονικές διατάξεις. Συγκεκριμένα, η διεργασία εξετάζεται σε δύο πηγές πλάσματος συντονισμού κύματος ηλεκτρονιακού κυκλότρου (ECWR) και σε μια επαγωγικά συζευγμένη πηγή (ICP). Σε κάθε περίπτωση, μελετάται η επίδραση των παραμέτρων της διεργασίας στον ρυθμό εναπόθεσης και στις φυσικοχημικές ιδιότητες των υλικών, αναζητώντας συνθήκες που εξασφαλίζουν ρυθμούς μεγαλύτερους των 5 Å/sec, αλλά και υλικά των οποίων οι ιδιότητες πληρούν τις προδιαγραφές για την ενσωμάτωσή τους σε οπτοηλεκτρονικές διατάξεις. Βάσει των αποτελεσμάτων προκύπτει ότι και οι τρεις πηγές παρέχουν ένα μεγάλο εύρος συνθηκών στις οποίες ο ρυθμός εναπόθεσης μικροκρυσταλλικών υλικών είναι πολλαπλάσιος του βιομηχανικού ρυθμού. Ο φυσικοχημικό χαρακτηρισμό των υλικών καταδεικνύει ότι υλικά που εναποτίθενται με ρυθμούς υψηλότερους των 13 Å/sec παρουσιάζουν αυξημένο αριθμό νανο-πόρων με αποτέλεσμα να οξειδώνονται τάχιστα κατά την έκθεσή τους στην ατμόσφαιρα. Η μελέτη της διεργασίας στην ICP πηγή υποδεικνύει ότι ο περιορισμός του ρυθμού εναπόθεσης στα 12 Å/sec οδηγεί σε περισσότερο συνεκτικά υλικά τα οποία οξειδώνονται βραδύτερα και παρουσιάζουν υψηλή φωτοευαισθησία για μακρά χρονικά διαστήματα.