Search

In the context of nickel silicide formation from plated nickel layers for solar cell metallization, there are several open questions regarding contact adhesion and electrical properties. Nanoscale characterization by transmission electron microscopy has been employed to support these investigations. Interfacial oxides and silicide phases were investigated on differently prepared samples by different analytical methods associated with transmission electron microscopy analysis. Processing variations included the pre-treatment of samples before nickel plating, the used plating solution and the thermal budget for the nickel–silicon solid-state reaction. It was shown that interface oxides of only few nm thickness on both silicon and nickel silicide are present on the samples, depending on the chosen process sequence, which have been shown to play an important role in adhesion of nickel on silicide in an earlier publication. From sample pretreatment variations, conclusions about the role of an interfacial oxide in silicide formation and its influence on phase formation were drawn. Such an oxide layer hinders silicide formation except for pinhole sites. This reduces the availability of Ni and causes a silicide with low Ni content to form. Without an interfacial oxide a continuous nickel silicide of greater depth, polycrystalline modification and expected phase according to thermal budget is formed. Information about the nature of silicide growth on typical solar cell surfaces could be obtained from silicide phase and geometric observations, which were supported by FIB tomography. The theory of isotropic NiSi growth and orientation dependent NiSi2 growth was derived. By this, a very well performing low-cost metallization for silicon solar cells has been brought an important step closer to industrial introduction.

Ziel dieser Arbeit war es, die in der Professur Oberflächen- und Grenzflächenphysik hergestellten Schichtsysteme strukturell zu charakterisieren. Mit Hilfe der Röntgendiffraktometrie (XRD) ist es möglich, die Phasen und die Orientierung der aufgewachsenen Schicht zu bestimmen. Mit einem weiteren Verfahren, der Röntgenreflektometrie (XRR), lassen sich Aussagen über die Schichtqualität treffen. Durch die Kombination dieser Methoden erhält man detaillierte Auskünfte über die Proben.

Die Methode der Reaktiven Abscheidung wurde benutzt, um zu untersuchen ob und in welcher Weise das Silicidwachstum mittels einer Monolage aus Sb, d.h. mittels eines surfactant (surface active agent), gesteuert werden kann. Hierzu wurden unter UHV-Bedingungen die Metalle Mn, Ti und Ni auf geheizte Si(001) bzw. Si(001)-Sb Substrate abgeschieden. Die Probenanalyse erfolgte durch LEED, RBS, XRD, SEM, TEM und AFM. Die Theorie zum surfactant-gesteuerten Wachstum wird vorgestellt und auf das System des reaktiven Silicidwachstums übertragen. Die Probenanalysen zeigen, dass eine Monolage von Sb in der Lage ist das Wachstum der drei untersuchten Silicide zu beeinflussen. Für das System der Höheren Mangansilicide kommt es zu einer Erhöhung der Inseldichte um bis zu zwei Größenordnungen und zu Änderungen in den Orientierungsbeziehungen der Silicidinseln. Beim Wachstum der Titansilicidschichten konnte durch das surfactant die pinhole-Bildung unterdrückt werden. Das dritte untersuchte Silicid ist das Nickeldisilicid. In diesem Fall wird der Ort der Keimbildung von der Si-Oberfläche in das Volumen des Si-Substrates verschoben, d.h. die Oberfläche wird vollständig passiviert, zusätzlich treten neue Orientierungsbeziehungen auf.