V erteilung

100 µm

KG A

B

Abbildung 4.21.LihtmikroskopisheQuershnittsaufnahmeeinerbikristallinen Probenah

Dif-fusionvonPd bei1050°C,langsamerAbkühlungundDefektätzung(Seo,6s).

ÄtzgrübhenzeigendieLagederKorngrenze(KG)undzahlreiherausgedehnter

DefekteanderKorngrenzeundimInneren einerderSheiben(B)an.

100 µm

B A

KG

Abbildung 4.22. LihtmikroskopisheQuershnittsaufnahmeeinerbikristallinenProbenah

Ko-diusion von Pd und Ni bei 1050°C, langsamer Abkühlung und Defektätzung

(Seo,6s).Ätzgrübhen zeigendieLage derKorngrenze(KG)und einiger

we-nigerausgedehnterDefekteanderKorngrenzezwishendenSheiben(A,B)an.

PalladiumsheidetsihalsalleinigemetallisheVerunreinigunginSieinwieKupferin

Form von Kolonienaus. Parallelzu den Experimenten mitCu alsEinzelverunreinigung

wurdeindervorliegendenArbeiteineProbedesBikristallsauhmitPddurhDiusion

unter den gleihen Prozessbedingungen (

T = 1050

^°C,

T ˙ = −6

^K

/

^{s) gezielt} verunreinigt (Probe5,Tab.B.1inAnhangB.1).NahDefektätzenzeigtsiheineinhomogene

Vertei-lung kleiner Ätzgrübhen, vgl.Abb. 4.21.Sie weist auf das Vorliegenvonausgedehnten

Defekten an der Korngrenze und in Sheibe B hin, in der kleine Oxidaussheidungen

und Versetzungsringe präsent sind, siehe Anhang A. Die Verteilungder Defekte ist

so-mit qualitativ mit der nah Diusion von Cu oder Kodiusion von Cu und Ni unter

kupferreihen Bedingungen vergleihbar, vgl. Abb. 4.1 und Abb. 4.2 in Abshnitt 4.1

und Abb. 4.3 in Abshnitt 4.2.1.1.

Das Ergebnis einer Ätzgrübhenuntersuhung, dargestellt in Abb. 4.22, nah

Kodif-fusion von Palladium und Nikel, zeigt eine ganz andere Defektverteilung. Insgesamt

enthält die Probe nur wenige Defekte, die vorwiegend an der Korngrenze liegen. Das

Volumen der Probe auf beiden Seiten der Korngrenze ist praktish defektfrei. Die

wei-tere Untersuhung zeigt, dass es sih bei den an der Korngrenze liegenden Defekten

um einzelne Aussheidungen der NiSi

2

^{:Pd-Phase handelt. Diese}Aussheidungen stellen

200 nm KG

Abbildung 4.23.TEM-HellfeldaufnahmeeinerKoloniekleinerPalladiumsilizidaussheidungenan

derKorngrenze(KG)einerbikristallinenProbenahDiusionvonPdbei1050°C

undlangsamerAbkühlung.

unter den Bedingungen der langsamen Abkühlung eektive Diusionssenken für

Pd-Atome dar,dadiefürdieAussheidung vonPdtypishe BildungvonKolonienkleinerer

Aussheidungen niht stattndet.

4.3.2. Struktur

AlsalleinigemetallisheVerunreinigungsheidetsihPdinFormvonKolonienaus.Abb.

4.23zeigteine solheKolonieander KorngrenzeeinermitPdbei1050°Cverunreinigten

Probedes Bikristalls.

Nah Kodiusion von Pd und Ni in bikristallinemSi und langsamer Abkühlung

las-sen sih ander Korngrenze mit TEM polyedrishe Teilhen nden, deren Seitenähen

vorwiegend parallelzu

{111} −

^{Ebenenliegen,wieAbb.4.24 zeigt.DieseTeilhen stellen}

KG

P1

D D

P2

2 1/nm 2 1/nm

(b)AussheidungP1 () Si

2 1/nm 2 1/nm

(d) AussheidungP2

Abbildung 4.24. (a) TEM-Hellfeldaufnahme polyedrisher Aussheidungen an der Korngrenze

(KG) einer bikristallinen Probe nah Kodiusion von Pd und Ni bei 1050°C

undlangsamerAbkühlung.DieAussheidungen(P1,P2)sindvonVersetzungen

(D)dekoriert.(b)-(d)Feinbereihsbeugungsbilderzeigen,dassdie

Aussheidun-gen eine f-Kristallstruktur und nahezu diegleihe Gitterkonstante haben wie

sih als Aussheidungen einer binären Phase aus Ni und Si dar, in der auÿerdem Pd

gelöst enthaltenist,wie dieweiteren Untersuhungen zeigenwerden.

Das ebenfallsinAbb. 4.24 enthaltene Feinbereihsbeugungsbild der Aussheidung P2

weist dieselben Beugungsreexe auf wie das der Si-Matrix. Dagegen benden sih im

Beugungsbild der Aussheidung P1zusätzlihe Reexe, die sihdurh das Vorliegen

ei-nes Zwillings auf einer

111

-Ebene erklärenlassen. Die beiden Aussheidungen und Si

haben kubish-ähenzentrierte Kristallstrukturen mit nahezu der gleihen

Gitterkon-stanten wie Si,so wie es für NiSi

2

^{mitder kubishen CaF}

2

^{-Struktur der Fall ist.Dabei}

weist die Zwillingsorientierung von P1 auf eine NiSi

2

-Aussheidung vom Typ B hin, während dieAussheidung P2 vom Typ A ist.

Die TEM-Aufnahme zeigt viele Versetzungen, die von den Aussheidungen

ausge-stoÿen werden. Dies lässt sih durh die Gitterfehlpassung der ausgeshiedenen Phase

gegenüber Si erklären. Zwar ist die Fehlpassung von NiSi

2

^{sehr klein, es ist jedoh}

be-kannt, dass auh eine geringe relative Volumenfehlpassung zwishen Aussheidung und

Matrix bei groÿen Aussheidungen zu einer Verzerrung führt, die durh plastishe

Ver-formungderAussheidungoderErzeugungvonVersetzungen wiederabgebautwird[79℄.

In der Umgebung der groÿen polyedrishen Aussheidungen sowie an deren

Grenz-ähe zur Si-Matrix benden sih auÿerdem kleinere Teilhen, bei denen es sih um

Aussheidungen einerweiterenternären Phase aus Pd, Ni und Sihandeln könnte. Abb.

4.25 stellt eine dieser kleineren Aussheidungen (hier mitK bezeihnet) mit

hohauö-sender TEM dar. Die Fouriertransformierte der Gitterabbildung des Teilhens enthält

zusätzlihe Intensitätsmaxima im Vergleih zur Fouriertransformierten der Si-Matrix.

Dieszeigt,dassdiekleinerenAussheidungensihimGegensatzzu dengroÿen

polyedri-shen Aussheidungen strukturell von Siuntersheiden.

Si

K

5 nm 5 nm

2 1/nm 2 1/nm

(b)

2 1/nm 2 1/nm

()

Abbildung 4.25. (a) Hohauösende TEM-Aufnahme einer kleineren Aussheidung nah

Kodif-fusionvonPdundNibei1050°CundlangsamerAbkühlung. (b)Das

Dirakto-grammdeseingerahmtenBereihesinnerhalbderAussheidung(K)zeigt

zusätz-liheIntensitätsmaximaverglihenmit ()demDiraktogrammeinesBereihes

derSi-Matrix, was auf untershiedliheGitterparameter derKristallstrukturen

4.3.3. Zusammensetzung

Nah Kodiusion von Pd und Ni in bikristallinem Si und langsamer Abkühlung lässt

sihdieBildung groÿer polyedrisher ander Korngrenzeliegender Teilhen beobahten.

Abb. 4.26 zeigt ein EDX-Spektrum aus einer Punktmessung an einem der beiden

po-lyedrishen Teilhen, die imvorangegangenen Abshnitt 4.3.2 Gegenstand der

Betrah-tungenwaren.Die Teilhenlassen sihalsAussheidungen identizieren,indenenbeide

metallishe Verunreinigungen (Ni und Pd) gleihzeitig vorliegen. Bei EDX-Messungen

an Teilhen, deren Gröÿe die Probendike übertrit, wie es für die Aussheidung P in

Abb. 4.26 der Fall ist, liefert die Si-Matrix keinen Beitrag zum EDX-Spektrum mehr.

Daher lässt sih durh quantitative Analyse der Spektren nah Cli und Lorimer [78℄

zeigen, dass die Aussheidungen aus Ni und Si im Verhältnis 1:2 bestehen und einen

kleinen Anteil von 1.4 At.% Pd enthalten. Die genauen Werte der Zusammensetzung

sind in Tabelle4.5 angegeben. Die Phase der Aussheidungen lässt sih alsLösung von

Pdin NiSi

2

interpretierenund wird im Folgenden mitNiSi

2

^{:Pd bezeihnet.}

Abb. 4.27 zeigt EDX-Karten der in Abb. 4.24 dargestellten Probenstelle. Ein

star-kes Ni

Kα

^{-Signalbildet dieLageund dieKonturen derNiSi}

2

:Pd-Aussheidungen ab. Ein shwahes homogenes Pd

Lα

^{-Signal innerhalb der} polyedrishen Aussheidungen zeigt, dass das in den Aussheidungen eingebaute Pd gleihmäÿig verteilt ist. Die kleineren

Teilhen, die am Rand oder in der Umgebung der polyedrishen NiSi

2

^{-Teilhen liegen,}

zeigeneinPd

Lα

^{-Signal,daswesentlihhöheristalsinnerhalb derNiSi}

2

-Aussheidungen.

Sielassen sih alsAussheidungen einer Palladium-Silizid-Phasebeshreiben.

Abb. 4.28 enthält eineEDX-Messungund eine STEM-Aufnahme einerweiteren

poly-edrishen NiSi

2

:Pd-Aussheidung aneiner anderenProbenstelle.DieNiSi

2

:Pd-Ausshei-dung (P)wird von einer kleineren Aussheidung (K) der Palladium-Silizid-Phase

deko-riert. Bei der EDX-Messung wurden beide Aussheidungen entlang der in der

STEM-Aufnahme markierten Streke mit dem Elektronenstrahl abgetastet. Die Messung der

IntensitätderNi

Kα

^-undderPd-L

α

^{-Liniezeigt,dassdie}Palladium-Silizid-Aussheidung einen geringen Anteil Ni enthält und somit ebenfalls aus einer ternären Phase besteht.

EDX-Punktmessungen zur näheren Bestimmung der Zusammensetzung wurden

eben-fallsdurhgeführt,dieErgebnisse sindinTabelle4.5undTabelle4.6aufgeführt.ImFall

der Palladium-Silizid-Aussheidung, die klein gegenüber der Probendike ist, wird der

partielleMolenbruh vonPd alsMaÿ für dieZusammensetzungbenutzt.

Nah Kodiusion von Pd und Ni in einer einkristallinen Probe und langsamer

Ab-kühlung lassen sih an der Oberähe der Probe groÿe polyedrishe Aussheidungen

beobahten, dievonkleinerenPartikelndekoriert sind,wie dieTEM-Aufnahme inAbb.

4.29demonstriert.QuantitativeAnalysen vonEDX-Spektren nahPunktmessungen

in-nerhalbder groÿen polyedrishen (P) und der kleineren Aussheidung (K) in Abb. 4.29

0 5 10 0

1000 2000 3000 4000 5000

Ni-L _a

Ni-K _b

In te n s it ä t

Si-K _a

E / keV

P Si Ni-K _a

Pd-L _a

(a) EDX-Spektren

+ + P KG P

+Si +Si

(b) STEM

Abbildung 4.26. (a) EDX-Spektrumund (b) STEM-Aufnahme einerderin Abb.4.24gezeigten

polyedrishen Aussheidungen an der Korngrenze(KG) in einer bikristallinen

ProbenahKodiusionvonPd undNi bei1050°C undlangsamer Abkühlung.

Die quantitative Analyse des Spektrums zeigt, dass die Aussheidung (P) im

Verhältnis 1:2 aus Ni und Si und einem zusätzlihen Anteil von 1.4 At.% Pd

besteht.

5 30 55 80

(a) EDX Ni

Kα

5 30 55 80

(b)EDX Pd

Lα

Abbildung 4.27.EDX-KartenderinAbb.4.24gezeigtenpolyedrishenNiSi

2

:Pd-Aussheidungen nah KodiusionvonPdund Nibei1050°CundlangsamerAbkühlung. Die

la-terale Verteilung der Intensität (a) der Ni

Kα

^{und (b) Pd}

Lα

-Röntgenstrahlung zeigt, dass die NiSi

2

:Pd-Aussheidungen von kleineren palladiumreihen Aus-sheidungen dekoriertwerden.

0 100 200 300 400 500 0

20 40 60 80 100

In te n s it ä t

x / nm

Si Ni Pd

(a) EDX

KG KG

P K K

(b) STEM

Abbildung 4.28. (a) EDX-Messung an und (b) STEM-Aufnahme von Aussheidungen an der

Korngrenze(KG) in einerbikristallinen ProbenahKodiusion vonPd undNi

bei1050°CundlangsamerAbkühlung.Dargestelltsinddieunkorrigierten

Inten-sitäten derSi- und Ni

Kα

^-,sowiederPd

Lα

-Röntgenstrahlung.Die polyedrishe NiSi

2

^:Pd Aussheidung (P)enthält Pd unddie Palladium-Silizid-Aussheidung (K)einenkleinenAnteilNi.

P K

Pd

200 nm

(a) TEM

0 5 10

0 200 400 600

Cu-K D Ni-L D

Ni-K E

In te n si tä t

E / keV

P K

Si-K D Ni-K D

Pd-L D

(b) EDX-Spektren

Abbildung 4.29.(a)TEM-Aufnahmeund(b)EDX-SpektrenvonAussheidungenander

Oberä-heeinereinkristallinenProbenahKodiusion vonPdundNibei1050°Cund

langsamer Abkühlung. Die groÿe Aussheidung (P) besteht aus der NiSi

2

:Pd-PhaseunddiekleineAussheidung(K)auseinerPalladium-SilizidphasemitNi.

An der Probenoberähe benden sih Überreste der als Diusionsquelle

ver-EDX-Messung Molenbruh (At.%) partieller Molenbruh (%)

Pd Ni Si Pd

Abb. 4.26

1.4 ± 0.2 34.4 ± 0.5 64.1 ± 0.5 4.0 ± 0.5

Abb. 4.28

1.3 ± 0.2 33.7 ± 0.4 65.0 ± 0.4 3.8 ± 0.5

Abb. 4.29

2.6 ± 0.4 30.8 ± 1.0 66.5 ± 1.0 7.9 ± 1.1

Tabelle 4.5. ZusammensetzungvonNiSi

2

:Pd-AussheidungennahKodiusionvonPdundNibei 1050°CundlangsamerAbkühlung.Die Angabenberuhen aufderquantitativen

Ana-lysevon EDX-Spektren nahPunktmessungen an derin derjeweiligenMessung mit

PbezeihnetenAussheidung.

EDX-Messung Molenbruh (At.%) partieller Molenbruh (%)

Pd Ni Si Pd

Abb. 4.28 keine Angabe möglih

93.9 ± 1.6

Abb. 4.29

60.7 ± 1.7 2.3 ± 1.2 36.9 ± 1.7 96.3 ± 1.8

Tabelle 4.6. ZusammensetzungvonAussheidungenderPalladium-Silizid-PhasenahKodiusion

von Pd und Ni bei 1050°C und langsamer Abkühlung. Die Angaben beruhen auf

der quantitativen Analyse von EDX-Spektren nah Punktmessungen an der in der

jeweiligen Messungmit Kbezeihneten Aussheidung.ImFallder Messung in Abb.

4.28kanndiegenaueZusammensetzungnihtangegebenwerden,dadieAussheidung

kleinimVergleihzurProbendikeist.

ergeben ähnlihe Zusammensetzungen wie bei entsprehenden Aussheidungen, die in

bikristallinenProben ander Korngrenze gefundenwurden. Da bei dieser Probedie

un-tersuhte Stelle nahe amProbenrandliegt, ist dieProbe hinreihend dünn, um aus der

MessungdieZusammensetzungauhdeskleinerenTeilhenserhaltenzukönnen.Die

ge-nauenWertesindinTab.4.6enthalten.EsergibtsiheinPd:Si-Verhältnisvonungefähr

2:1, sodass diePalladium-Silizid-PhasealsLösung vonNi inPd

2

^Siinterpretiertwerden kann.Dieinden Spektren zusätzlihauftretendeCu

Kα

^{-Linieistauf das}TEM-Netzhen aus Cu zurükzuführen.

DieTabellen4.5und 4.6fassen dieWerte fürdieZusammensetzungder untersuhten

Aussheidungen nah Kodiusion von Pd und Ni zusammen. Der partielle Molenbruh

von Pdin Aussheidungen der NiSi

2

^{:Pd-Phase beträgt etwas 4 bis8%. Die}

Zusammen-setzung der Palladium-Silizid-Teilhen ist vergleihbar der von Pd

2

^Si. Aussheidungen dieserPhaseenthalteneinenkleinenAnteilNi,derausgedrüktwerdenkanndurheinen

Wert von95% fürden partiellenMolenbruhvon Pd.

Kapitel 5

Zusammenfassung und Diskussion

5.1. Verteilung von Metallsilizidaussheidungen im

Bikristall

5.1.1. Zusammenfassung

DievorliegendeArbeituntersuhtezunähstdieVerteilungvon

Metallsilizidaussheidun-gen bei gleihzeitiger Anwesenheit einer Korngrenze und von Mikrodefekten. Als

Pro-benmaterial diente ein Bikristall bestehend aus zwei durh eine Kleinwinkelkorngrenze

miteinanderverbundeneSheiben aus Cz-Si.Die Korngrenzelässt sihalsNetzwerk aus

Stufen- und Shraubenversetzungen beshreiben, wobei der Abstand zwishen den

Stu-fenversetzungen 372 nm und der zwishen den Shraubenversetzungen 12 nm beträgt.

Eine der Sheiben istnahezu defektfrei,währenddas Volumender anderen Sheibeeine

hohe Dihte von Mikrodefekten enthält. Bei ihnen handelt es sih um

Siliziumoxidaus-sheidungen und Versetzungen. Die Mikrostruktur der Proben stellt damit ein Modell

für dieMikrostruktur multikristallinenSiliziums dar, das als Ausgangsmaterialfür

So-larzellen verwendet wird.

Nah Verunreinigung mit Kupfer als alleiniger metallisher Spezies durh Diusion bei

T Cu = 1050

^{°Cwurden währendlangsamerAbkühlungmiteinerRatevon}

T ˙ = 6

^K/s

Ko-lonien kleinerer Aussheidungen präpariert. Es ist bekannt [14, 25,4244℄, dass es sih

beidenAussheidungen selberumTeilhen miteinerGröÿevoneinigenNanometernbis

bis zu einigen zehn Nanometern handelt, während die Kolonien Gröÿen von bis zu 80

µ

^mhaben.

Die räumlihe Verteilungder vonden AussheidungengebildetenKolonienwurdedurh

Defektätzen bestimmt. Sie ist inhomogen, wie die in Abshnitt 4.1 dargestellten

liht-mikroskopishen Aufnahmen zeigen. Eine hohe Dihte der Kolonien lieÿ sih an der

Korngrenze und in der Sheibe beobahten, in der auh die Dihte der Mikrodefekte

hoh ist.In der nahezu defektfreien Sheibe liegen dagegen fast keine Kolonien vor.

In der Sheibemitvielen Mikrodefekten (Sheibe B) liegt unterhalbder Oberähe der

Probeeine aussheidungsfreie Zone vor,wenn diese Oberähe miteiner Shiht

beste-hendausder binärenCu-Si-Phasebedektist,mitderSinahdemPhasendiagrammim

Gleihgewihtsteht.Eine der Probenoberähen istmiteinerShihtaus dieserbinären

Cu-Si-Phase bedekt, die während der Diusion als Quelle für die Verunreinigung der

ProbemitCudient,währenddieandereOberähe freiist.DieaussheidungsfreieZone

inSheibe B tritt niht auf, wenn dieOberähe auf dieser Seiteder Probe frei ist.

5.1.2. Diskussion

DieBildungvonAussheidungeneinermetallishenVerunreinigung

M

^{ineinembinären}

System M-Sisetzt eine Übersättigung voraus,

s = [M]

[M ] _sol > 1,

^(5.1)

also das Vorliegen einer Konzentration

[M ]

^{oberhalb der Löslihkeit}

[M ] _sol

^von

M

ⁱⁿ

Si. Diese Situation wurde experimentell durh die Abkühlphase nah der Eindiusion

der metallishen Verunreinigung bei hoher Temperatur realisiert. Im Fall heterogener

Keimbildung ist die für die Aussheidungsbildung notwendige kritishe Übersättigung

s het

^{geringer als bei homogener} Keimbildung,

s het < s hom

^{, so dass bei} Vorhandensein entsprehender Keimbildungsplätze heterogene Keimbildung zuerst einsetzt. Nah der

Keimbildung ndet eine Umverteilung der metallishen Fremdatome in die

wahsen-den Aussheidungen statt, so dass die Konzentration der Fremdatome in Si verringert

wird.Bei hinreihend hohemDiusionskoezienten der Fremdatomeverringert sih

de-ren Konzentration rasher als die Löslihkeit, so dass die für homogene Keimbildung

nötige kritishe Übersättigung

s hom

^{niemals erreiht wird. In ähnliher Weise können}

auh vershiedene Arten heterogener Keimbildungsplätze mit untershiedlihen

kriti-shen Übersättigungen

s 1

^,

s 2

^{, ..} miteinanderkonkurrieren.

Es ist bekannt, dass Kupfer als metallishe Verunreinigung in Si zur Bildung von

Aussheidungen an strukturellen Defekten wie beispielsweise Versetzungen neigt [80℄.

Die Ursahe dafür liegt in der Wehselwirkung zwishen Versetzungen und interstiellen

Si-Atomen, dieaufgrund der Volumenfehlpassung zwishen Siund der ausgeshiedenen

Phase erzeugt werden können [25, 42℄. Daher lässt sih dieindieser Arbeitbeobahtete

hoheDihtevonKolonienkleinererKupfersilizidaussheidungenindermitB

bezeihne-ten SheibemitheterogenerKeimbildunganden in dieserSheibe vorhandenen

Siliziu-moxidaussheidungen und Versetzungen erklären.

InderProbeinsgesamtstellendieMikrodefekteinSheibeB dabeikeineswegs die

einzi-genPlätze fürheterogeneKeimbildungvonAussheidungen dar. Vielmehrkonkurrieren

sie wie oben für heterogene und homogene Keimbildung beshrieben mit Keimbildung

an der Kleinwinkelkorngrenze zwishen Sheibe A und Sheibe B, der freien Oberähe

und mögliherweise in Sheibe A in einer geringen Dihte vorliegenden Mikrodefekten.

AuÿerdemkonkurrierendieAussheidungenbeiderUmverteilungderCu-Atomemitder

alsDiusionsquelleverwendetenShihtauseinerbinärenCu-Si-Gleihgewihtsphasean

einer der Probenoberähen. Die Auswirkung der konkurrierenden Keimbildungs- und

Umverteilungsprozesse aufdieräumliheVerteilungder Kolonienzeigtsih amV

orhan-denseinaussheidungsfreierZonen,aufderenVorhandenseinimZusammenhangmitder

Cu-Si-Phase an der Oberähe bereits hingewiesenwurde.

An der Oberähe stellt sih im Gleihgewiht mit der Cu-Si-Phase die Löslihkeit

ein, d.h.esgilt

s = 1

^alsRandbedingung.SobalddieTemperatursinktundimVolumen eine Übersättigungentsteht,bestehteine treibendeKraftfür dieUmverteilungvon

Cu-Atomen aus dem Volumender Probe indie Cu-Si-Phase aufder Oberähe.

Die heterogene Keimbildung an Mikrodefekten (

µD

^{) im Volumen setzt erst bei einer}

kritishen Übersättigung

s µD > 1

^{ein. Bei Konkurrenz mit der} Cu-Si-Phase an der Oberähe resultiert ein Bereih, in dem die Konzentration auh bei weiterer

Abküh-lung nihtmehr ausreiht,um Aussheidungen anMikrodefekten zubilden,so dasssih

wie inAbshnitt 4.1beobahtet eine aussheidungsfreie Zone ergibt.

DasFehleneineraussheidungsfreienZoneanderKorngrenzezeigt,dasssihdie

Konzen-tration der metallishen Verunreinigung im Si durh Keimbildung und

Aussheidungs-wahstum ander Korngrenze niht shneller verringert alsdurh dieMikrodefekte. Die

Reduzierung der Konzentration durh Aussheidung hängtnihtnurvomEintreten der

Keimbildung, sondern auh von der Kinetik des Aussheidungsvorgangs ab, d.h. vom

Diusionskoezient der Fremdatome und der Volumendihte der Aussheidungen.

Da-bei spielt auh die Dihte der Keimbildungsplätze eine Rolle. Eine Einshätzung der

Höhe der kritishen Übersättigungfür Keimbildungander KorngrenzeimVergleihmit

den Mikrodefekten ist andieser Stelle niht möglih.

UntersuhungenzumAussheidungsverhaltenshnelldiundierendermetallisher

Ver-unreinigung (Co, Ni, Cu und Pd) in defektfreiem Si haben gezeigt, dass bei einer

Ab-kühlrate von 4 K/s die Bildung der Aussheidungen nahezu vollständig an der freien

OberähestattndetundhomogeneKeimbildungimVolumenderProbedeutlih

über-trit,[25,26℄.UnterdiesenBedingungen weisendiefreienOberähen vonProbennah

Defektätzen eine hohe Dihtevon Ätzgrübhen auf,was alshaze bezeihnet wird [81℄.

Mikrodefekte wie Versetzungen und Siliziumoxidaussheidungen relativieren den

Ein-uss der freien Oberähe als Platz für heterogene Keimbildung, wie Gra et al. mit

Hilfe vonPalladiumalsTest-Verunreinigung demonstrierten[38℄ und durh die

vorlie-gende Arbeit bestätigtwird.

DieCharakterisierung vonSolarzellenaus multikristallinemSilizium(m-Si) mit

Me-thoden,dieortsaufgelöstdieLebensdauerder durhLihteinfallerzeugten

Minoritätsla-dungsträgeroderden Photostrom (LBIC: Ligh-Beam-Indued-Current)messen, zeigt,

dass einzelne Körner aus m-Si in ihren elektrishen Eigenshaften sehr untershiedlih

sein können. Betrahtet man den indieser Arbeit verwendeten Si-Bikristallalsein

Mo-dellfürzweidurheineKleinwinkelkorngrenzeverbundene Körnerinrealemm-Si,wird

deutlih, dass die Verteilung einer metallishen Verunreinigung und damit die

elektri-shen Eigenshaften imWesentlihen durhdieVerteilungvonMikrodefekteninnerhalb

der Körner wie Siliziumoxidaussheidungenund Versetzungen bestimmt wird. Teileder

indieser ArbeitmitCu alsalleiniger metallisher Verunreinigung sowie mitCu und Ni

gemeinsamverunreinigtenBikristallewurden mitLBICuntersuht,[82℄ undzeigeneine

deutliherhöhteRekombinationsaktivitätinderSheibe,dievieleMikrodefekteenthält.

Die aussheidungsfreie ZoneinAnwesenheit vonMikrodefekten demonstriert,dass

ei-ne auf der gesamten Sheibenoberähe aufgebrahte Metallsilizidphaseinder Lage ist,

eektiv metallishe Verunreinigungen aus der Sheibe zu entfernen. Eine entsprehende

Beobahtung für Ni als metallishe Verunreinigung in einkristallinem defektfreiem

Sili-zium mahten Gay und Martinuzzi, die diesen Vorgang als self-gettering bezeihnen

[83℄. Diese Arbeit zeigt, dass die Umverteilung metallisher Verunreinigungen in eine

Randphase auh bei Präsenz von Mikrodefekten, wie sietypisherweise in

multikristal-linem Si vorliegen, unter gängigen Prozessierungsbedingungen möglih ist. Die Breite

der aussheidungsfreien Zone (200

µ

^{m) liegt dabei im Bereih der Dike} gegenwärtiger multikristallinerSi-Sheiben, diezu Solarzellen weiterverarbeitet werden.

Die Breiteder aussheidungsfreien Zone unterhalb der miteiner Metall-Si-Phase

be-dekten Oberähe hängt vom Diusionskoezienten der metallishen Verunreinigung

(hier: Cu) und der Abkühlrate (hier:

T ˙ = −6

^{K/s) ab. Daraus ergibt sih die}

Perspek-tive, durh Kombination von Experimenten, bei denen die Abkühlrate variiert wird,

mit numerishen Simulationen des Konzentrationsprols der ausgeshiedenen

metalli-shen Verunreinigung,diedieKeimbildungberüksihtigen, diekritishe Übersättigung

s µD

^fürdieKeimbildunganMikrodefekten zu bestimmen. BeiAnwesenheit der binären Gleihgewihtsphase auf der Oberähe ist die Randbedingung für die Diusion

wohl-deniert imGegensatz zur freien Oberähe.

Am Anfangkönnten Simulationen der reinen Ausdiusion der metallishen V

erunreini-gung in eine Metallsilizidphasean der Oberähe ohne Aussheidungsbildung während

erunreini-gung in eine Metallsilizidphasean der Oberähe ohne Aussheidungsbildung während

Im Dokument Transmissionselektronenmikroskopische Untersuchungen zur Koausscheidung von Übergangselementen in kristallinem Silizium (Seite 56-0)