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Structure of glow discharge amorphous silicon

1979; Wiley; Volume: 55; Issue: 1 Linguagem: Inglês

10.1002/pssa.2210550126

1521-396X

J. F. Graczyk,

Glass properties and applications

physica status solidi (a)Volume 55, Issue 1 p. 231-242 Original Paper Structure of glow discharge amorphous silicon J. F. Graczyk, J. F. Graczyk IBM Thomas J. Watson Research Center, Yorktown Heights, New York Search for more papers by this author J. F. Graczyk, J. F. Graczyk IBM Thomas J. Watson Research Center, Yorktown Heights, New York Search for more papers by this author First published: 16 September 1979 https://doi.org/10.1002/pssa.2210550126Citations: 45 New York 10598, USA. AboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Abstracten The structure of hydrogenated amorphous silicon films, 100 Å thick, prepared from plasma glow discharge of silane, is investigated by electron microscopy and scanning electron diffraction. Films are prepared at plasma pressures of 0.05 and 0.3 Torr onto NaCl and KBr substrates held at room temperature and at 250 °C. The H content of the films ranges from 20 to 40 at%. The radial distribution function of these films shows a near neighbor correlation distance of (2.375 ± ± 0.05) Å (for evaporated films (2.350 ± 0.05) Å), and a second neighbor distance of (3.69 ± ± 0.05) Å. The Si—Si near neighbor coordination numbers decrease monotonically with increasing H content from 3.55 to 3.25 ± 0.1 (for evaporated Si films it is 4.0 ± 0.1). Atoms-per-unit volume density ratios which include H (ϱa-Si/ϱx-tal Si) of 0.7866, 0.7863, and 0.707 are determined for films containing 20, 25, and 40 at% H. Films prepared at room temperature with 0.3 Torr pressure have an additional small peak at 4.29 Å, not found for films at high substrate temperature and low pressure, from which it is concluded that the former films are partially polymeric. Films containing up to 25 at% H show a weak structural modulation at 4.55 Å which decreases with decreasing H content, and is not seen for evaporated amorphous Si films and films containing 40 at% H. This peak is associated with a larger number of staggered configurations in the random network. The observed radial correlations with the exception of the aforementioned differences are in general agreement with a tetrahedral random network. Bright field electron microscopy of the high pressure films shows an unhomogeneous microstructure consisting of clusters 1000 Å in diameter, with details of the morphology and size depending on the substrate temperature and type. Low pressure films have a homogeneous microstructure. Abstractde Die Struktur amorpher, hydrierter, 100 Å dicker Siliziumfilme wird elektronenmikroskopisch und durch Scanning-Elektronenbeugung untersucht. Filme, die durch Plasma-Glimmentladung bei Plasmadrücken von 0,05 und 0,3 Torr auf NaCl und KBr Substrate bei Raumtemperatur und 250 °C hergestellt wurden, zeigen einen Wasserstoffgehalt von 20 bis 40 At%. Die radiale Verteilungsfunktion zeigt einen Abstand nächster Nachbarn von (2,375 ± 0,05) Å (für aufgedampfte Schichten (2.350 ± 0,05) Å) und einen übernächsten Nachbarabstand von (3,69 ± 0,05) Å. Die Si—Si Koordinationszahlen nächster Nachbarn nehmen monoton mit wachsender Wasserstoffkonzentration von 3,55 bis 3,25 ± 0,1 (für aufgedampfte Schichten 4,0 ± 0,01) ab. Dichteverhältnisse der Atome pro Einheitsvolumen — Wasserstoff eingeschlossen —, (ϱa-Si/ϱx-talSi), von 0,7866; 0,7863 und 0,707 werden für Filme mit 20, 25 und 40 At% Wasserstoff bestimmt. Bei Raumtemperatur und 0,3 Torr hergestellte Filme zeigen zusätzlich einen schwach ausgeprägtes Maximum bei 4,29 Å, das bei Filmen nicht gefunden wird, die bei höheren Substrattemperaturen und niederen Drücken hegestellt wurden. Daraus wird gefolgert, daß die ersteren Filme teilweise polymer sind. Filme die bis zu 25 At% Wasserstoff enthalten zeigen eine schwache strukturelle Modulation bei 4,55 Å, die mit sinkendem Wasserstoffgehalt abnimmt und weder bei aufgedampften noch bei Si-Filmen mit 40 At% Wasserstoff beobachtet wird. Dieses Maximum wird mit einer größeren Anzahl von Konfigurationen mit verzerrter Diamantstruktur in der Zufallsverteilung verknüpft. Die beobachtete radiale Korrelation — mit Ausnahme der vorher erwähnten Unterschiede — stimmen mit einer Tetraeder-Zufallsverteilung überein. Elektronenmikroskopische Untersuchungen im Hellfeld der bei hohen Drücken hergestellten Filme zeigen eine inhomogene Mikrostruktur, die aus Clustern von 1000 Å Durchmesser besteht. Einzelheiten der Morphologie und Größe dieser Cluster hängen von der Substrattemperatur und Substratart ab. Bei niederen Drücken hergestellte Filme zeigen keine Mikrostruktur. Citing Literature Volume55, Issue116 September 1979Pages 231-242 RelatedInformation