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a-Si:H / プラズマCVD / 光反射 / その場分析 / 超音波

本申請課題では、プラズマCVD薄膜成長中の表面を光の反射を用いて評価し、その反応過程を制御する新手法の開発を目的とした。a-Si:H膜の成長過程を、レーザ光の反射強度を時間分解で解析し、表面反応のリアルタイムの評価方法を確立した。
プラズマCVD装置にHe-Neレーザからの白色光を導入し、成長膜表面からの反射光の強度リアルタイムで収集した。入射光の一部はハーフミラーで参照信号としてモニターし信号の規格化を行った。主な成果は以下の通りである。
1.緩和過程における反射強度変化の解析
成膜を中断した直後に、反射強度が約数十秒に渡って反射光強度が変化した。この変化を、多重散乱モデルでコンピュータ解析した。表面の1nm程度の領域で、密度が小さい表面反応層が緩和して、より密度の高い層に変化していることで説明できた。この解析から、表面反応層での水素の脱離過程とSi-Siの結合の生成過程を検出していると結論した。
2.超音波励起効果の評価
プラズマCVDによるアモルファスシリコンの作製時に、圧電素子により2MHzの超音波振動を基板に印加し、薄膜の光電特性の向上に成功した。この成膜プロセスのその場光反射診断を行った。超音波励起により、より密度の高い良質な薄膜が形成されていることを明らかにした。

アモルファスシリコン / 圧電振動 / 超音波 / プラズマCVD / XPS / AFM / 低欠陥密度 / 低温合成

薄膜作製において膜の構造や物性を決定する過程は、気相活性種が表面居吸着し固相へと変化していく表面反応である。表面反応のモードや速度を制御するには、基板温度が重要なパラメターとなる。本研究では、ポリマー基板の使用が可能な低い(100℃程度)基板温度を維持したまま積極的に表面反応を制御する新手法を開発した。
プラズマCDVによるアモルファスシリコンの作製時に、圧電素子により2MHzの超音波振動を基板に印加し、薄膜の光電特性の向上に成功した。従来から報告されている、紫外光励起やイオン照射等の高エネルギー励起ではなく、低エネルギー量子のマイルドな励起により、従来から報告されているよりも低欠陥密度のアモルファスシリコンを作製できた。
SiH_4を原料とする容量結合型プラズマCVDにより基板温度120℃でアモルファスシリコンを堆積した。基板は共振周波数2MHzのPZT振動子にInで貼り付けた。
圧電振動の印加により光導電率は2x10^<-7>OMEGAcm^<-1>から6xl0^<-5>OMEGAcm^<-1>に向上し、暗導電率は双方ともlxl0^<-10>OMEGAcm^<-1>台であり、光感度の大幅な向上が達成できた。一定光電流法により評価した膜中の欠陥密度は、圧電振動の印加により、lxl0^<16>cm^<‐3>から7x10^<14>cm^<-3>に低減できた。
圧電振動の効果が表面反応の変調であることを確かめるために、in‐situ XPS-とAFMによる表面分析を行った。圧電振動を印加してSnO_2透明電極上に作製したアモルファスシリコン超薄膜は明らかな島状成長をしており、表面でのプリカーサーのマイグレーションの促進が確認できた。