Paramagnetic centers in amorphous and microcrystalline silicon irradiated with 2 МeV electrons

Abstract

Amorphous and microcrystalline silicon are well known materials for thin film large area electronics. The defects in the material are an important issue for the device quality and the manufacturing process optimization. We study defects in thin film silicon with electron spin resonance (ESR). In order to vary the defect density in a wide range 2 MeV electron bombardment at 100 K was applied with dose as high as 10¹⁸ e*cm⁻². Samples were investigated after deposition, after irradiation and between the annealing steps. The spin density (Ns) in the material was varied over 3 orders of magnitude. Strong satellites with g≈2.010 and g≈2.000 were observed on the shoulders of the dangling bond line. The initial Ns and the shape of the resonance line were restored after annealing.

Аморфний і мікрокристалічний кремній є широко відомими матеріалами для виробництва тонкоплівкової електроники великої площі. Дефекти у даних матеріалах відіграють вирішальну роль для якості пристроїв і оптимізації виробничих процесів. Ми досліджували тонкоплівковий гідрогенований кремній методом вимірів електронного парамагнитного резонансу (ЕПР). Для зміни щільності дефектів у широкому диапазоні зразки було опромінено електронами з енергією 2 МеВ. Зразки було досліджено після осадження, після опромінення і між етапами відпалу. Щільність спинів (Ns) в матеріалі змінювалась в межах 3-х порядків величини. З обох боків від центрального резонансу, що характеризує обірвані зв’язки кремнію, спостеригались потужні додаткові резонансні лінії (g≈2.010 и g≈2.000). Після відпалу форма резонансних ліній і щільність спинів поверталися до вихідних показників.

Аморфный и микрокристаллический кремний являются широко известными материалами для производства тонкопленочной электроники большой площади. Дефекты в данных материалах играют решающую роль для качества приборов и оптимизации производственных процессов. Мы исследовали тонкопленочный гидрогенированный кремний методом измерений электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Для изменения плотности дефектов в широких пределах образцы облучались электронами с энергией 2 МэВ. Образцы исследовались после осаждения, после облучения и между стадиями отжига. Плотность спинов (Ns) в материале изменялась в пределах 3-х порядков величины. По обе стороны от центрального резонанса, характеризующего оборванные связи кремния, наблюдались мощные дополнительные резонансные линии (g≈2.010 и g≈2.000). После отжига форма резонансных линий и плотность спинов возвращались к исходным значениям.