APLIKACJA 5 Dyspersyjna spektroskopia Ramana: Charakterystyka

APLIKACJA 5
Dyspersyjna spektroskopia Ramana:
Charakterystyka krzemu TFT (tranzystora cienkowarstwowego)
Problem analityczny.
Dzisiejsze kolorowe, ciekłokrystaliczne monitory laptopów i telewizorów o wysokiej
rozdzielczości wymagają wysokoaktywnej technologii obrazowania: monitory zawierają w
sobie tysiące kontrolujących obraz urządzeń tranzystorowych. Nazywane są one
tranzystorami cienkowarstwowymi (thin-film transistors, TFT). Proces ich produkcji bardzo
różni się od tradycyjnej metody wyrobu z jednego wlewu krystalicznego. Próżniowo
naparowywany, drobnoziarnisty krzem polikrystaliczny jest przetwarzany w niskich
temperaturach bezpośrednio na plastikowym ekranie – wszystko to w celu wytworzenia
kryształów wolnych od wad i wystarczająco dużych, by mogły spełniać rolę tranzystorów.
Ekscymerowa wiązka laserowa o silnej mocy służy miejscowemu ogrzaniu krzemu, który
następnie stygnie i rekrystalizuje się w postaci większych i doskonalszych ziaren. Kontrola
jakości produkcji wymaga szybkiego, niezawodnego i nie wymagającego wcześniejszych
przygotowań systemu wyznaczania ostatecznego rozmiaru ziaren krzemu.
Rys. 1: Przesunięcie ramanowskie dla różnych form krzemu
(Rysunek: pojedynczy kryształ krzemowy / kryształ wielokrzemowy / kryształ krzemowy
amorficzny)
Pozycja (względne przesunięcie) i kształt piku (FWHM) dla rozproszenia
ramanowskiego krzemu przy ~520cm-1 są bardzo czułe na krystaliczność próbki, i oba
parametry służą obserwacji procesu rekrystalizacji lasera ekscymerowego podczas
produkcji TFT. Jak widać na Rys. 1., dobrej jakości pojedyncze kryształy wytwarzają silne
ramanowskie wartości szczytowe ze słabym rozproszeniem jedynie przy niskich
wartościach fali. W miarę zmniejszania się rozmiaru ziaren i rozpadu wiązań atomowych w
materiale, wartości szczytowe spadają, a wartość fali się zmniejsza. Ostatecznym
rezultatem jest pojawienie się w pełni amorficznego krzemu o szerokości pasma ~470cm-1;
zauważalna jest różnica w intensywności w obszarze niższej częstotliwości.
Arkusz danych:
Charakterystyka krzemu TFT przy pomocy spektroskopii mikro-ramanowej.
System mikro-Raman JASCO NRS-1000 wyposażony w stały laser niskiej mocy
532nm służył pomiarowi 11 punktów w poprzek podstawy krzemu; kontrolował także
oprogramowanie. Użytym laserem był laser konfokalny (współogniskowy) o średnicy
wiązki 1 m. Użyto programu Spectra Manager TM do pomiaru wartości szczytowych
przesunięcia ramanowskiego krzemu i wartości szczytowych FWHM, co obrazuje wykres
funkcji pozycji na Rys. 3. Oba parametry (i każdy z osobna) dokładnie odwzorowują
stopień krystalizacji przetwarzanego materiału TFT. Te
rezultaty umożliwiają szybką i nieinwazyjną charakterystykę
jakości procesu w warunkach laboratoryjnych.
Rys. 2. System Jasco NRS z komorą prób i mikroskopem
Rys. 3. Linia odwzorowująca przechodząca w poprzek ogrzanej próbki poli-silikonu pokazuje zarówno
wartość fali (przeniesienie ramanowskie) oraz pełną szerokość wartości szczytowej przy połowie maksimum
(full width at half maximum, FWHM).