In situ analyse en controle van depositieprocessen

Dr. J.K. Rath       J.K.Rath@remove-this.phys.uu.nl
+31 30 2532961

Het doel van het onderzoek is de depositie van speciale dunne film silicium materialen (bijvoorbeeld microkristallijn silicium en amorf silicium met hele hoge snelheid of bij hele lage temperatuur) met behulp van geavanceerde depositietechnieken. Om het depositieproces te analyseren en reproduceerbaar te maken gebruiken we een aantal in-situ diagnostische methoden.

• Depositie van silicium lagen met gemodificeerde hoogfrequent-plasma CVD (VHF-PECVD).
• Gas gepulste (LbL) en vermogengemoduleerde (AM) plasmadepositietechnieken.
• In situ karakterisatie van de plasmatoestand en gascompositie met OES (optische emissie spectroscopie) en ionenmassa analysetechnieken   (Massaspectroscopie,  ionenanalysator).
• In situ spectroscopische en kinetische ellipsometrie voor de analyse van het groeiproces van silicium op verschillende substraten (c-Si, glas, TCO, metal folie, plastic en papier) met verschillende depositie methoden (VHF-PECVD, HWCVD, RF PECVD).
• Onderzoek naar het groeiproces bij ultrahoge depositiesnelheid en ultralage temperaturen.

In de afdeling Surfaces, Interfaces and Devices worden twee methoden gebruikt om silicium zonnecellen te maken, namelijk PECVD en HWCVD.

PECVD staat voor Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition. Bij deze methode wordt een gas, dat uit silaanmoleculen (SiH₄) bestaat, ontleed. Daarna wordt de SiH₄ in kleinere, reactieve brokstukken gesplitst. Dit gebeurt door middel van een plasma-ontlading, te vergelijken met de ontlading in een TL-buis. De reactieproducten slaan neer op een dun plaatje materiaal (plastic, glas, metaal) en vormen een siliciumlaag. Afhankelijk van de werkdruk, de stroomsnelheid van het gas, en de temperatuur kunnen we de structuur van het silicium beïnvloeden.

HWCVD staat voor Hot Wire Chemical Vapour Deposition. Deze methode verschilt ten opzichte van PECVD omdat niet een plasma wordt gebruikt om het silicium te ontleden, maar een hete metaaldraad, bijvoorbeeld van wolfraam of tantaal. Aan deze draad ontleedt silicium heel goed en de reactieproducten vormen, net als bij PECVD, een silicium laag. De verschillende procescondities hebben ook hier invloed op de uiteindelijke structuur van de laag. Deze kan de vorm hebben van kleine kristallieten of een homogene, amorfe, vorm.