Estudo do efeito da taxa de aquecimento e do pré-tratamento térmico sobre a produção de filmes finos monocristalinos via corte iônico

Abstract

O presente trabalho tem por objetivo avaliar a influência da taxa de aquecimento e do tratamento térmico a baixa temperatura sobre a produção de filmes finos monocristalinos de sílicio autoportantes e íntegros. Para isso, wafers de sílicio monocristalino (001) tipo p foram coimplantados com H e He na proporção de 1:1, respectivamente, e dose total de 4 x 1016 át/cm2. A energia de implantação foi de 168 KeV para o hidrogênio e 345 KeV para o hélio de modo que uma camada danificada localizada a uma profundidade de 1,5μm fosse formada. Posteriormente, as amostras foram tratadas térmicamente a 550oC em uma atmosfera de nitrogênio. Três taxas de aquecimento até a temperatura de 550ºC foram empregadas 0,25oC/s, 2,5oC/s e 50oC/s, além disto um pré-recozimento a 200oC em vácuo durante 20h foi realizado. Para determinar o efeito de cada paramêtro analisado, o aspecto final apresentado pela superfície da amostra foi analisado via microscopia ótica e discutido em termos da mecânica da fratura. Concluiu-se que altas taxas de aquecimento favorecem a propagação instável das trincas o que leva a produção de um filme fino de silício monocristalino íntegro e autoportante e que o pré-tratamento térmico cria condições favoráveis para o crescimento estável das trincas o que prejudica a produção do filme fino íntegro e autoportante.

The present work aims to evaluate the influence of heating rate and heat treatment at low temperature on the production of freestanding and integrity single-crystal silicon thin films. The p-type (001) single-crystal silicon wafers were co-implanted with H and He at a ratio of 1:1, respectively, and total dose was of 4 x 1016 át./cm2. The energy of implantation was 168 KeV for hydrogen and 345 KeV for helium creating a damaged layer at a depth of 1.5 μm. Subsequently, the samples were thermally treated under N2 at 550oC. Three heating rates up to 550ºC were used 0.25°C/s, 2.5°C/s and 50°C /s, moreover a pre-annealing at 200oC in vacuum for 20h was performed. In order to determine the effect of each parameter analyzed, the final aspect presented by the sample surface was examined via optical microscopy and discussed in terms of fracture mechanics. We observe that high heating rates favor the propagation of unstable cracks which leads to production of a thin film of single-crystal silicon intact and freestanding and that the pre-annealing creates favorable conditions for stable growth of cracks which difficult the production thin film of intact and freestanding.