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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.76.2007.tde-11042007-132511
Documento
Autor
Nome completo
Fabio Aparecido Ferri
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2007
Orientador
Banca examinadora
Zanatta, Antonio Ricardo (Presidente)
Chambouleyron, Ivan Emilio
Li, Maximo Siu
Título em português
Cristalização induzida por níquel em filmes de silício amorfo
Palavras-chave em português
Cristalização induzida por metal
Silício amorfo
Técnicas espectroscópicas
Resumo em português
Devido às suas potenciais aplicações tecnológicas (células solares, transistores de filme fino TFT, etc.), o estudo do silício amorfo (a-Si) tem despertado o interesse da comunidade científica desde o final da década de 70. Mais recentemente, este interesse foi renovado com o desenvolvimento da técnica de cristalização induzida por metal (Metal-induced Crystallization MIC), por causa do considerável interesse na obtenção do silício cristalino (c-Si) a baixas temperaturas. Dentre as principais abordagens adotadas para o estudo da MIC, destaca-se aquela realizada em estruturas consistindo de camadas alternadas de silício amorfo e filmes metálicos, por exemplo. Conseqüentemente, concluiu-se que a difusão de átomos do semicondutor para o metal (e/ou vice-versa) é o mecanismo responsável pela cristalização. Esta explicação fenomenológica, entretanto, não considera os mecanismos microscópicos que provocam a cristalização à baixa temperatura. Tendo isto por base, este trabalho diz respeito a uma abordagem diferente e complementar para a investigação do processo de MIC, através da inserção de uma quantidade controlada e homogeneamente distribuída de átomos de metal na rede amorfa. Para este estudo, filmes de silício amorfo dopados com diferentes concentrações de Ni e possuindo diferentes espessuras, depositados em substratos de c-Si, c-Ge, quartzo cristalino e vidro foram preparados pela técnica de sputtering de rádio freqüência, em uma atmosfera controlada de argônio. Com o objetivo de se investigar a influência exercida pela estrutura atômica nos mecanismos de cristalização destes filmes, todos foram submetidos a tratamentos térmicos cumulativos até 1000 oC. Para isto, os filmes foram caracterizados pelas técnicas de espalhamento Raman, transmissão óptica, EDS (energy dispersive spectrometry) e microscopia eletrônica de varredura (SEM). Os resultados experimentais indicam que a quantidade de Ni, a espessura e a natureza do substrato determinam a temperatura para o qual se inicia a cristalização dos filmes de a-Si, e que a espessura e a presença de Ni têm efeito direto sobre as propriedades ópticas dos filmes. Estudos preliminares utilizando-se as técnicas de microscopia de força atômica (AFM) e Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) também foram feitos.
Título em inglês
Nickel induced crystallization of amorphous silicon films
Palavras-chave em inglês
Amorphous silicon
Metal-induced crystallization
Spectroscopy
Resumo em inglês
Due to their great technological potential (solar cells, thin film transistors, etc.), the study of amorphous silicon (a-Si) is attracting the attention of the scientific community since the 70s. More recently, such interest was renewed with the development of the Metal-induced Crystallization (MIC) technique, because of considerable interest in low-temperature formation of crystalline silicon (c-Si). Amongst the principal approaches to the study of MIC, stand out that performed on structures consisting of alternating layers of amorphous silicon and metal films, for example. Consequently, they conclude that the diffusion of semiconductor atoms into the metal (and/or vice-versa) is the mechanism responsible for the crystallization. This phenomenological explanation, however, does not consider the microscopic mechanisms that provoke the low temperature crystallization. Based on the above ideas, this work refers to a different and complementary approach to investigate the MIC process, by the insertion of a controlled and homogeneously distributed amount of metal atoms in the amorphous network. For this study, amorphous silicon films doped with different Ni concentrations and having different thicknesses, deposited on c-Si, c-Ge, crystalline quartz and glass substrates were prepared by the radio frequency sputtering technique in a controlled atmosphere of argon. In order to investigate the influence exerted by the atomic structure on the crystallization mechanisms of these films, all of them have been submitted to cumulative thermal annealing treatments up to 1000 C. To that aim, the films were investigated by Raman scattering, optical transmission, energy dispersive spectrometry (EDS) and scanning electron microscopy (SEM). The experimental results indicate that the Ni content, the thickness and the nature of the substrate determines the crystallization temperature onset of the a-Si films, and that the thickness and the presence of Ni have direct effect on the optical properties of the films. Preliminary studies using the atomic force microscopy (AFM) and Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) techniques have also been carried out.
 
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dissertacao_ferri.pdf (1.63 Mbytes)
Data de Publicação
2007-04-19
 
AVISO: O material descrito abaixo refere-se a trabalhos decorrentes desta tese ou dissertação. O conteúdo desses trabalhos é de inteira responsabilidade do autor da tese ou dissertação.
  • FERRI, F. A., and ZANATTA, A. R.. Influence of film thickness on the crystallization of Ni-doped amorphous silicon samples [doi:10.1063/1.2955457]. Journal of Applied Physics [online], 2008, vol. 104, n. 1, p. 013534.
  • FERRI, F. A., ZANATTA, A. R., and CHAMBOULEYRON, I.. Metal-induced nanocrystalline structures in Ni-containing amorphous silicon thin films [doi:10.1063/1.2362877]. Journal of Applied Physics [online], 2006, vol. 100, n. 9, p. 094311.
  • ZANATTA, A. R., and FERRI, F. A.. Crystallization, stress, and stress-relieve due to nickel in amorphous silicon thin films [doi:10.1063/1.2770823]. Journal of Applied Physics [online], 2007, vol. 102, n. 4, p. 043509.
  • FERRI, F.A., CHAMBOULEYRON, I, and ZANATTA, A.R.. Metal-induced crystallization of Ni-doped amorphous Si films. In 21st International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors, Lisboa, 2005. Lisboa : 21st International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors, 2005.
  • FERRI, F.A., e ZANATTA, A.R.. Cristalização e Stress Devidos à Presença de Níquel em Filmes de Silício Amorfo. In XXXI Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Águas de Lindóia, 2008. Águas de Lindóia : Sociedade Brasileira de Física, 2008.
  • FERRI, F.A., e ZANATTA, A.R.. Cristalização Induzida por Níquel em Filmes de Silício Amorfo. In XXIX Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, São Lourenço, 2006. 2006 : Sociedade Brasileira de Física, 2006.
  • FERRI, F.A., e ZANATTA, A.R.. Determinação numérica da espessura e constantes ópticas de filmes de a-SiNi via transmissão óptica. In XXX Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada,, São Lourenço, 2007. São Lourenço : Sociedade Brasileira de Física, 2007.
  • FERRI, F.A., e ZANATTA, A.R.. Filmes de Silício Amorfo dopados com Níquel. In XXVIII Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Santos, 2005. Santos : Sociedade Brasileira de Física, 2005.
  • FERRI, F.A., ZANATTA, A.R., and CHAMBOULEYRON, I. Crystallization of amorphous silicon thin films: Influence of the substrate and the Ni concentration. In 11th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces, Manaus, 2007. Manaus : 11th International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces, 2007.
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