Resumen de Estructura de morfología de películas de pm-Si:H crecidas por PECVD variando la dilución de diclorosilano con hidrógeno y la presión de trabajo

Carlos Álvarez Macias, J. Santoyo Salazar, B. M. Monroy, M.F. García-Sánchez, Michel Picquart, A. Ponce, G. Contreras-Puente, G. Santana-Rodríguez

• español

  El silicio polimorfo hidrogenado (pm-Si:H) es un material atractivo para la industria fotovoltaica al tener propiedades optoelectrónicas similares al silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H), actualmente utilizado, y mejor estabilidad ante exposición prolongada a la radiación solar. En este trabajo se reportan los resultados experimentales de caracterizaciones estructurales y morfológicas de películas de pm-Si:H crecidas con diferentes condiciones de depósito en términos de tamaño de grano y fracción cristalina, obtenidos por espectroscopía Raman, y el análisis de la rugosidad superficial por microscopía de fuerza atómica. Las películas fueron obtenidas con la técnica PECVD bajo condiciones de generación de nanocristales de silicio embebidos en una matriz de silicio amorfo. El análisis estructural confirma que el tamaño y la densidad de los nanocristales es sensible tanto a cambios en la presión de la cámara del reactor (250 y 500 mTorr) como a variaciones en la dilución del gas precursor de silicio (SiH_2Cl_2) en hidrógeno (H_2) (tazas de flujo de 25, 50, 75 y 100 sccm). El análisis morfológico mostró que para 25 sccm de H_2 hay una diferencia de rugosidad RMS de 8 nm entre ambas presiones, mientras que para los demás flujos de H_2 se obtuvo la misma rugosidad RMS (entre 2 y 3 nm). Los resultados muestran que mientras el tamaño y la densidad de los nanocristales se modifican considerablemente con las condiciones de depósito, la rugosidad no se modifica considerablemente a diluciones de diclorosilano mayores a 25 sccm, lo que permite obtener materiales diferentes con interfaces de buena calidad para la aplicación del material en dispositivos fotovoltaicos.

• English

  Hydrogenated polymorphous silicon (pm-Si:H) is an attractive material for applications in the photovoltaic industry as it has optoelectronics properties similar to amorphous silicon (a-Si:H), which is the material currently used, and better stability to prolonged exposure to solar radiation. In this work we report experimental results of structural and morphological characterization of pm-Si:H films in terms of grain size and crystalline fraction obtained by Raman spectroscopy studies and the analysis of surface rughness with atomic force microscopu. The diilms were obtained by PECVD under conditions of generation of nano-crystalline silicon inclusions embedded in an amorphous silicon matrix. Changes in pressure of the reactor chamber (250 and 500 mTorr) and variatons in the dilution of the silicon precursor gas (SiH_2Cl_2) with hydrogen (H_2) (flow rates of 25, 50, 75 and 100 sccm) modified the nanocrystals size and the crystalline fraction. The morphological analysis showed that for 25 sccm of H_2 there is a difference of 8 nm in the RMS roughness between both pressures, while for the other flows of H_2 the same RMS roughness (2 to 3 nm) was obtained. These results are very important because the optoelectronic properties of materials depend on the size an density of nancrystals and the roughness analysis helps determine the growth conditions to produce high quelity interfaces for application of the material in photovoltaic devices.