Solid-phase crystallization of high growth rate amorphous silicon films deposited by gas-jet electron beam plasma CVD method

Solid phase crystallization of amorphous silicon films (a-Si:H) deposited by gas-jet electron beam plasma chemical vapor deposition method and annealed at 700°C in vacuum has been investigated. This method provides high deposition rates (up to 2.3 nm/s) of a-Si:H thin films in a standard vacuum chamber. The effects of varying the substrate temperature from 190 to 415°C on the structural and optical properties of the as-deposited amorphous films and postannealed nanocrystalline films have been investigated. The crystallite size was determined by X-ray diffraction (about 5-8 nm) and agrees with that obtained from Raman scattering. The estimated degree of crystallinity was 45%-59%. Optical transmission spectra were recorded to investigate the optical properties and thickness of the silicon thin films. The refractive index and optical band gap data was obtained for both as-deposited amorphous and post-annealed nanocrystalline silicon. The behavior of the refractive index of nanocrystalline silicon depending on the substrate temperature is correlated with the crystalline volume fraction. a-Si:H films obtained at low temperatures have larger crystallite size and better crystallinity after annealing. PACS Nos.: 73.61.Jc, 73.63.Bd, 78.66.Jg. Nous etudions la cristallisation en phase solide de films de silicium amorphe (a-Si:H) fabriques par depot chimique en phase vapeur avec faisceau de plasma et jet electronique, avant un recuit a 700°C, le tout dans le vide. Cette methode donne un fort taux de deposition (jusqu'a 2.3 nm/s) de a-Si:H dans une chambre a vide standard. Nous etudions l'effet de varier la temperature du substrat de 190 a 415°C sur les proprietes structurelles et optiques des films tels que deposes avant recuit et des films nano-cristallises apres recuit. Nous determinons la grosseur des cristallites par XRD (environ 5-8 nm) et elle correspond aux resultats par diffusion Raman. La cristallinite varie entre 45 % et 59 %. Nous enregistrons les spectres de transmission optique pour etudier les proprietes optiques et l'epaisseur des films de Si. Nous obtenons l'indice de refraction et les donnees sur la bande interdite optique des films tels que deposes et apres recuit. La dependance sur la temperature du substrat de l'indice de refraction est correlee avec la fraction cristalline en volume. Les films de a-Si:H obtenus a basse temperature ont des cristallites plus grosses et une meilleure cristallinite apres recuit. [Traduit par la Redaction]
1. Introduction In recent years, hydrogenated silicon films with a two-phase structure consisting of silicon nanocrystals (nc-Si) in a silicon amorphous matrix have attracted more and more attention. This material [...]