マイクロ熱プラズマジェット照射による四族半導体単結晶ナノ薄膜成長

微热等离子体射流辐照生长IV族半导体单晶纳米薄膜

基本信息

批准号：
22360126
负责人：
東清一郎
金额：
$ 8.57万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は高速で高結晶性シリコン膜を作製するアプローチとして、高パワー密度化したマイクロ熱プラズマジェット(μ-TPJ)照射によるシリコン膜の相変化過程について調べ、アモルファスシリコン(a-Si)膜上に形成した溶融領域を高速走査することによる大粒径シリコン結晶成長の実現に注力した。ノズル径(φ)を従来の4mmから0.8mmへ縮小し、更に陽極-陰極間距離(アークギャップ)を従来の1.0mmから2.0mmへ拡大した。この結果、従来～8kW/cm^2であったピークパワー密度を最大53kW/cm^2まで高めることができた。高パワー密度化したμ-TPJを用いて石英基板上に堆積したa-Si膜の結晶化を試みた。その場観測技術から、μ-TPJ照射によってa-Siはまず固相結晶化(SPC)し、その後、溶融・再結晶化の過程で横方向への長距離結晶成長が誘起される事が明らかになった。μ-TPJ照射によりa-Si膜中に発生した溶融ゾーンを高速操作(～4000mm/s)する事で横方向温度勾配を生成し、長さ～60μmに達する結晶成長が可能となった。高速横成長結晶化(HSLC)技術で得られた(111)優先配向大粒径結晶をチャネルに用いてTFTを作製した。SPCおよびHSLC条件において、それぞれ電界効果移動度μFE～10及び350cm^2V^<-1>s^<-1>の値が得られた。結晶粒径が20nm程度のSPCに対して、大幅な粒径増加を達成できるHSLCでは、4000mm/sという高い走査速度でも極めて高い移動度が得られ、本研究提案の結晶化手法が大面積に適用可能な結晶成長技術として高い可能性を有する事が実証された。

今年，作为制造高速高晶体硅膜的一种方法，我们通过辐射高功率致密的微热等离子体射流（μ-TPJ）来研究硅膜的相变过程，并专注于通过在融化的区域的高速扫描中实现大型硅晶体生长的融化区域（Amorphos）（Amorphos）（Amorphos）（Amorphoos）（Amorphos）（Amorphos）（Amorphoos）（Amorphoos）（Amorphoos）（Amorphos）（Amorphos）（Amorphos）（Amorphoors）。喷嘴直径（φ）已从常规的4mm降低到0.8mm，阳极 - 阴极距离（ARC GAP）已从常规1.0mm增加到2.0mm。结果，以前为8 kW/cm^2的峰功率密度最大为53 kW/cm^2。我们尝试使用高功率密度μ-TPJ将沉积在石英底物上的A-SI膜结晶。原位观察技术表明，A-SI首先是通过μ-TPJ辐射结晶（SPC）的，然后在熔融和重结晶过程中诱导横向方向的远距离晶体生长。通过用μ-TPJ辐射在A-SI膜中产生的熔体的高速操作（高达4000 mm/s），产生了横向温度梯度，从而使晶体生长的长度达到60μm。使用（111）通过快速侧向生长结晶（HSLC）技术获得的（111）优先定向的大颗粒晶体作为通道制备TFT。在SPC和HSLC条件下分别获得了场效应迁移率μFE至10和350 cm^2v^<-1> s^<-1>的值。 HSLC可以使晶粒大小约20 nm的SPC显着增加晶粒尺寸，即使以4000 mm/s的高扫描速度也可以实现极高的迁移率，并且已经证明，这项研究中提出的结晶方法具有很高的潜力作为可以应用于大面积的晶体生长技术。