0,25 0,2. Gamma(Broadening) 0,15 0,1 0,05

Átírás

1 Optikai modellek fejlesztése sokösszetevıs anyagrendszerek ellipszometriai vizsgálatához Zárójelentés 47 A kutatás céljai voltak a koráan alkalmazott optikai modelljeink továfejlesztése oly módon, hogy a mikroelektronika új anyagai (pl. magas dielektromos állandójú anyagok, napelem készítéséhez alkalmas félvezetık) és struktúrái is jól vizsgálhatók legyenek az ellipszometria módszerével. Az elsı éven a rétegek törésmutató-meghatározásának módszereit vizsgáltuk részleteseen. Koráan sikeresen alkalmaztuk a Bruggeman-féle effektív közeg közelítést ion-implantációval roncsolt, polikristályos és porózus anyagok vizsgálatára. Megvizsgáltuk magas dielektromos állandójú anyagok (pl. Ba x Sr -x TiO vagy SrBi Ta O 9 ) törésmutatóját az Adachi modellel, amely a Cauchy modellnél kevese paramétert tartalmaz és a direkt átmenet hatását is figyeleme veszi, így szélese spektrális tartományan izonyult használhatónak. Ezenkívül izonyos paraméterei összekapcsolhatóak a szemcsemérettel. Megvizsgáltuk más diszperziós relációk használhatóságát is pl. Lorentz-típusú osszcillátorok szuperpozícióját. A továfejlesztett modellek alkalmazásával újtípusú napelemekhez alkalmazható anyagokat is vizsgáltunk pl. CIS (CuInSe ) ill. CIGS (CuIn x Ga -x Se ) és ZnO. Besegítettünk Intézetünk egy NKFP projektjéen, amelynek végcélja egy ilyen anyagok rétegeiıl álló napelem kísérleti gyártása. Az általunk (egy GVOP projekten) kifejlesztett széles-szögő, tö-hullámhosszú ellipszométerrel, a kifejlesztett optikai modellek alkalmazásával, a gyártás során valóan lehetségesnek látszik (másodperc nagyságrendő idıfelontással) a valós idejő minıség-ellenırzés. Az elért eredmények ismertetése: Folyamatosan fejlesztettük a spektroszkópiai ellipszometriai kiértékelés módszereit [O. Polgár, P. Petrik, T. Lohner, M. Fried: Evaluation strategies for multi-layer, multi-material ellipsometric measurements, Appl. Surf. Sci. v. (), 6, 7-64] lehetıvé téve komplexe rendszerek vizsgálatát. Koráan, SrBiTaO9 (SBT, ferroelektromos anyag) rétegek vizsgálata során megállapítottuk, hogy a Bi atomi százaléka és a törésmutató között közel lineáris összefüggés tapasztalható a 6- %-os tartományan. Továi vizsgálatokkal megállapítottuk, hogy az Adachi-féle diszperziós modellen szereplı két energia-dimenziójú paraméter (direkt átmenet és ''kiszélesedési'' paraméter, lásd. ára) nagysága erısen korrelál az XRD-vonalprofil analízissel meghatározott átlagos szemcsemérettel [M. Fried, P. Petrik, Z. E. Horváth, T. Lohner C. Schmidt, C. Schneider, H. Ryssel: Optical and x-ray characterization of ferroelectric Strontium-Bismuth-Tantalate (SBT) thin films, Appl. Surf. Sci. v. (), 6, 49-]. E [ev] 4, 4, Transition energy - grainsize E-Dgr w ith errors Linear approximation Gamma(Broadening),,,,, Broadening - grainsize Gamma - Dgr with errors Linear approximation. ára Dgrainsize [nm] Dgr [nm] Stöer szilika részecskéket Langmuir-Blodgett (LB) technikával vittünk fel szilícium hordozóra, méretüket 4 nm-tıl 4 nm-ig választva egy (vagy tö) rétegen, melyen a nanogömök szaályosan, szoros illeszkedésen helyezkednek el. Kimértük az effektív közeg közelítések érvényességi határait erre a rendszerre (. ára a, küszö hullámhosszak a nanogömök átmérıje függvényéen). Az ideálistól eltérı porozitás-értékek alapján ecslést adtunk a részecskék átlagos távolságára - vagyis a lefedettségre - egyrétegő filmen. Felvetettük, hogy tö réteg esetén a mért

2 effektív vastagság értékének ideálistól való eltérését a polidiszperzitás okozza (. ára, mért és számolt effektív vastagság a rétegszám függvényéen). [Nagy N, Deak A, Horvolgyi Z, Fried M, Agod A, Barsony I: Ellipsometry of silica nanoparticulate Langmuir-Blodgett films for the verification of the validity of effective medium approximations, LANGMUIR (): SEP 6 6]). /λ, /nm,8,6,4,, For tanpsi For cosdelta Film thic kne ss, nm 4 9 nm, ideal 9 nm, measured 6 nm, ideal 6 nm, measured 4 nm, ideal 4 nm, measured, Diameter, nm 4. ára a Vizsgáltuk a nagydózisú hélium ill. nitrogén implantáció hatására létrejövı hia-szerkezetek optikai hatását [P. Petrik, M. Fried, T. Lohner, N.Q. Khánh, P. Basa, O. Polgár, C. Major, J. Gyulai, F. Cayrel and D. Alquier: Dielectric function of disorder in high-fluence helium-implanted silicon, Nucl. Inst. Meth.. B, Vol., pp. 9-9 (6); M. Fried, N. Q. Khanh, P. Petrik: Defect profiling y ellipsometry using ion implantation through wedge masks; 4th International Conference on Spectroscopic Ellipsometry, ICSE-4, 7, Stockholm, Sweden, poster presentation, Physica Status Solidi (c), in press]. Megállapítottuk, hogy az ellipszometria pontosaá tehetı, ha a porózus szilíciuman a marás után megmaradó szilícium-szemcsék méretét is eépítjük az optikai modelle. Vastag porózus szilícium minták esetéen a felület-közeli inhomogenitást effektív közeg modellt használó vékony felületi rétegekkel vettük figyeleme. Een a modellen már használtuk a parametrikus oszcillátor modellt. A kiinduló alapanyag adalékoltságának megválasztásával sikerült egy változó szemcsemérető porózus-szilícium mintasorozatot elıállítani és az Adachi-féle diszperziós modellhez hasonló Modified Dielectric Function-an szereplı két energia-dimenziójú paraméter (direkt átmenet és ''kiszélesedési'' paraméter) nagyságával korrelációt találni az elektronmikroszkóppal meghatározott szemcsemérettel [P. Petrik, M. Fried, T. Lohner, I. Bársony, J. Gyulai: Ellipsometric characterization of nanocrystals in porous silicon, Appl. Surf. Sci. v. (), 6, -]. A saját fejlesztéső szélesszögő ellipszométerrel a fenti anyagtulajdonságok inhomogenitása nem csak vertikálisan, hanem laterálisan is vizsgálható (gyors térképezés, [G. Juhász, P. Petrik, O. Polgár, M. Fried: Homogeneity check of ion implantation in silicon y wide-angle ellipsometry, 4th Workshop Ellipsometry, - Fe. 6, Berlin (poszter)]). A erendezésnek új változata készült el, megnıtt a térképezett felület nagysága (8x mm). Demonstráltuk a erendezés cluster tool -ra való ráépíthetıségét, in line mérések végrehajtása céljáól,. ára [G. Juhász, Z. Horváth, C. Major, P. Petrik, O. Polgár, M. Fried: Non-collimated eam ellipsometry; 4th International Conference on Spectroscopic Ellipsometry, ICSE-4, 7, Stockholm, Sweden, oral presentation, Physica Status Solidi (c), in press; C. Major, G. Juhász, Z. Horváth, O. Polgar, M. Fried: Wide angle eam ellipsometry for extremely large samples; 4th International Conference on Spectroscopic Ellipsometry, ICSE-4, 7, Stockholm, Sweden, poster presentation, Physica Status Solidi (c), in press]. Numer of layers

3 . ára a c A szélesszögő ellipszométer vákuum-kamra tetején (a és ) és a vizsgált sakk-tála (4 mm-es) mintázatú oxid-minta képe Sikerült a diszperziós formulák paramétereinek összekapcsolása a szemcsemérettel SiNx (nanokristályos Si nitriden) rétegeken is [P. Basa, P. Petrik, M. Fried, L. Doos, B. Pécz, L. Tóth: Si nanocrystals in silicon nitride: An ellipsometric study using parametric semiconductor models, Physica E Volume: 8 Issue: - Pages: Pulished: 7]. A terveink között szerepelt az eredmények alapján a modellek továfejlesztése és alkalmazása újtípusú napelemekhez alkalmazható CIS (CuInSe) ill. CIGS (CuInxGa-xSe) anyagok vizsgálatára, és ezen eredmények használata in-situ, real-time minıség ellenırzési módszerek megvalósítására. Ezeknek az anyagoknak az elıállítása késedelmet szenvedett Intézetünken, mivel a párhuzamosan futó NKFP projekt (''Napelemgyártó pilot-sor - Napelem-technológiai innovációs centrum'', NKFP //) megvalósítása késett, a projekt-vezetı cég anyagi prolémái miatt. Ezen indokkal az OTKA is hozzájárult jelen OTKA téma egy évvel történı meghosszaításához. A kisérletek csak 7 végén indultak meg, így az eredmények és azok pulikálása nem jelenhet meg een a eszámolóan. A célkitőzés megvalósíthatóságát izonyítottuk (CuInGaSe és ZnO rétegek tulajdonságai nagy érzékenységgel vizsgálhatóak az összetétel függvényéen), de ez még csak az NKFP projekt Zárójelentésée kerülhetett e. Ezzel párhuzamosan, a jelen OTKA-hoz kapcsolódóan a témavezetı elnyert egy nemzetközi együttmőködést támogató kiegészítı (OTKA IN 649) pályázatot az Ohio (USA) állameli Toledo Univesity-vel való közös kutatáshoz. CdTe és CdS optikai tulajdonságait vizsgáltuk (Petik Péterrel, N. Q. Khanh-nal és a Roert Collins professzor vezette napelemes csoporttal) ion omázás módosító hatásának ellipszometriás mérése útján. A mérésekıl meg tudtuk határozni a gerjesztett excitonok karakterisztikus méreteit, amivel pontosaá tehetık az optikai modellek az in-situ rétegleválasztásos mérésekhez (4. ára). Az elsı eredményeinkrıl a 7-en megrendezésre kerülı ICSE-4 konferencián számoltunk e [P. Petrik, N. Q. Khánh, Jian Li, Jie Chen, R. W. Collins, M. Fried, G. Z. Radnóczi, T. Lohner, and J. Gyulai: Ion implantation induced disorder in single-crystal and sputterdeposited polycrystalline CdTe characterized y ellipsometry and ackscattering spectrometry; 4th International Conference on Spectroscopic Ellipsometry, ICSE-4, 7, Stockholm, Sweden, poster presentation, Physica Status Solidi (c), in press].

4 E + c-cdte E Fluences (cm - ) c-cdte 6 6 E E a Photon Energy (ev) Photon Energy (ev) 4. ára A pszeudo-dielektromos függyvény második deriváltja a kritikus pontok körül különözı ion implantációs dózisok esetén (a) egykristályos () polikristályos CdTe mintákon Tö fronton folytattuk a félvezetıken ionimplantációval létrehozott nanokristályok vizsgálatát, elsısoran Si, CdTe, SiC és Ge anyagokra (ld. Közlemények). Si-an az Adachi-féle Model Dielectric Function -t, CdTe-an az Aspnes-féle magasa derivált módszert, SiC és Ge anyagokan pedig kezdeti lépésként egyszerő (pl. Tauc-Lorentz oszcillátor) modelleket használtunk. Az eredményeket részen a ICSE-4, részen pedig az EMRS konferencián mutattuk e [M. Fried, N. Q. Khanh, P. Petrik: Defect profiling y ellipsometry using ion implantation through wedge masks; 4th International Conference on Spectroscopic Ellipsometry, ICSE-4, 7, Stockholm, Sweden, poster presentation, Physica Status Solidi (c), in press; O. Polgár, M. Fried, N. Khanh, P.Petrik, I. Bársony: Determination of Ion Track Sizes and Shapes with Damage Simulations on the ase of Ellipsometric and Backscattering Spectrometric Measurements; 4th International Conference on Spectroscopic Ellipsometry, ICSE-4, 7, Stockholm, Sweden, poster presentation, Physica Status Solidi (c), in press; T. Lohner, Z. Zolnai, P. Petrik, G. Battistig, J. Garcia López, Y. Morilla, A. Koós, Z. Osváth, and M. Fried: Complex dielectric function of ion implantation amorphized SiC determined y spectroscopic ellipsometry; 4th International Conference on Spectroscopic Ellipsometry, ICSE-4, 7, Stockholm, Sweden, poster presentation, Physica Status Solidi (c), in press; P. Basa, P. Petrik, M. Fried, A. Dâna, A. Aydinli, S. Foss, T. G. Finstad: Spectroscopic ellipsometric study of Ge nanocrystals emedded in SiO using parametric models; 4th International Conference on Spectroscopic Ellipsometry, ICSE-4, 7, Stockholm, Sweden, poster presentation, Physica Status Solidi (c), in press];. ára Fluences ( µc-cdte cm - ) µc-cdte E 6 6 E E E ε c-ge reference as-dep. NC size increasing Photon energy (ev) a ε c-ge reference NC size increasing as-dep Photon energy (ev)

5 . ára SiO-en lévı Ge nano-kristályok dielektromos függvényének valós és képzetes része különözı hımérséklető hıkezelés hatására. Szépen látszik a nano-kristályok méretének növekedésének hatása. A munkát folytatni fogjuk a efejezés után is, fıleg a CIGS- rétegek vizsgálatával. Az eredményeket 4 pulikációan (konferenciákon és folyóiratcikkeken) jelentettük meg. A cikkek kumulált impakt faktora 4 felett van. Dr Fried Miklós