Amorfiset piikalvot : valmistus, karakterisointi ja ominaisuuksien muokkaus

Abstract

Puolijohteet muodostavat koko nykypäivänä tunnetun elektroniikan perustan. Puolijohdemateriaaleista käytetyin materiaali on pii, ja siitä valmistetaan esimerkiksi transistoreja ja aurinkokennoja. Tehokkaimmat piitä käyttävät laitteet ja sovellukset käyttävät kiteistä piitä. Ominaisuuksiltaan se soveltuisi kaikkiin piitä käyttäviin sovelluksiin, mutta joidenkin kohdalla valmistus olisi erittäin hankalaa tai mahdotonta. Tämän vuoksi piiteknologiaa kehitettään jatkuvasti mm. tutkimalla piin eri kiderakennemuotojen, eli monikiteisen ja amorfisen piin käyttöä sovelluksissa. Amorfista piitä käyttämällä on mahdollista laskea valmistuskustannuksia, kuten aurinkokennoissa, tai valmistaa laitteita, joita ei olisi kiteisestä piistä mahdollista valmistaa, kuten ohutkalvotransistoreja.

Jotta materiaalia on kuitenkin mahdollista käyttää sovelluksissa tehokkaasti, on sen ominaisuudet tunnettava hyvin. Amorfisen piin sähköiset ominaisuudet eroavat kiteisestä piistä selvästi olemalla tyypillisesti heikommat kaikilla mittareilla. Niitä on kuitenkin mahdollista parantaa esimerkiksi vetykäsittelemällä, jolloin amorfisuudesta johtuvat virheet passivoituvat, aiheuttaen vähemmän sähköisiä vikatiloja.

Tässä tutkielmassa valmistettiin amorfisia piikalvoja höyrystämällä piitä tyhjiössä. Kalvojen resistiivisyydet määritettiin nelipistemittauksella, ja mittaukset toistettiin useasti kalvojen valmistuksen jälkeen, jotta resistiivisyyden mahdolliset muutokset valolle ja ilmalle altistumisen vuoksi oli mahdollista havaita. Kalvojen resistiivisyydet osoittautuivat stabiileiksi. Kahta valmistetuista näytteistä vety- ja lämpökäsiteltiin höyrystämisen jälkeen vedyn vaikutuksen tutkimiseksi. Käsittelyt kasvattivat resistiivisyyttä, ja työssä käydään läpi mahdollisia syitä tälle havainnolle. Mahdollisia tekijöitä ovat piristysatomien passivoituminen, kalvon hapettuminen sekä hallitsevan johtumismekanismin vaihtuminen.