GROWTH AND STRUCTURE OF POLYMORPHOUS SILICON A MATERIAL OBTAINED BY THE INCORPORATION OF SILICON NANOPARTICLES IN AN AMORPHOUS MATRIX-APPLICATION TO THIN FILM TRANSISTORS

GROWTH AND STRUCTURE OF POLYMORPHOUS SILICON A MATERIAL OBTAINED BY THE INCORPORATION OF SILICON NANOPARTICLES IN AN AMORPHOUS MATRIX-APPLICATION TO THIN FILM TRANSISTORS

Autor: FONTCUBERTA MORRAL ANNA.
Año: 2001.
Universidad: BARCELONA.
Centro de lectura: FÍSICA.
Centro de realización: UNVIERSITAT DE BARCELONA.

Resumen: El trabajo presentado en este manuscrito de tesis está destinado a la comprensión de un nuevo material desarrollado en el Laboratorio de Física de Interficies y Capas Delgadas (Ecole Polytechnique, Palaiseau): el silicio polimorfo (pm-Si:H). El desarrollo de este material está ligado al estudio de la formación de polvo en los plasmas de silano. Se considera polvo a partículas que pueden llegar a las varias micras de diámetro, pero los precursores de las cuales son entidades de pocos nanómetros. Es lo que llamamos nano-partículas. El silicio polimorfo se deposita en condiciones de plasma cercanas a la formación de polvo, lo cual debería de resultar en la incorporación de nano-partículas en el material. Des de 1998 toda una serie de experiencias muestran que el pm-Si:H tiene propiedades eléctricas mejores que el silicio amorfo estándar (a-Si:H). Además, se realizaron dispositivos fotovoltaicos con pm-Si:H, dando lulgar a células solares estables con la exposición al sol. Son precisamente estas cualidades las que motivaron todo este estudio sobre su estructura y condiciones de elaboración. Este trabajo ha sido abordado des de tres puntos de vista diferentes: el plasma, el crecimiento y su estructura. La naturaleza particular de este material ha necesitado el desarrollo de varias técnicas especiales. Por un lado, los estudios de la Cavidad Láser Resonante permiteiron de medir concentraciones de nano-partículas del orden de 10-10 cm-3, en condiciones de obtención del pm-Si:H. Por otro lado, los estudios in situ realizados por Elipsometría Espectroscópica (SE) mostraron un crecimiento homogéneo del material. La interpretación de la función dieléctrica del material obtenida por (SE) necesitó el desarrollo del modelo de Tetraedro. Esto permitió de avanzar en la comprensión de la estructura de este material. Vimos como el pm-Si:H se trata de un material con mucho hidrógeno (15-25%), pero al mismo tiempo con una fracción de huecos muy baja (material denso). Para determinar, los estudios realizados en Microscopía Elctrónica a Transmisión de alta resolución indicaron la presencia de nano-cristales en una matriz amorfa. Análisis por Transformada de Fourier muestran que se trata de una matriz con un grado de ordenamiento más alto que el a-Si:H estándar, lo que podría explicar que las propiedades eléctricas del pm-Si:H sean mejores. Al final del manuscrito se presenta la aplicación de una serie de pm-Si:H como capa activa de Transistores en Capa Delgada. El resultado concuerda con los estudios estructurales: los transistores con mejroes características coinciden con el material que presenta un mayor orden estructural. La obtención de movilidades de hasta 0,8 cm2/Vs es un excelente resultado y abre más perspectivas para la aplicación de este material en la industria electrónica de gran superficie.

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