CHEMICAL AND ELECTRICAL CHARACTERIZATION OF POLYCRYSTALLINE SEMICONDUCTORS

Résumé
La composition et la chimie des régions entre et dans les grains des semiconducteurs polycristallins peuvent se rapporter aux et même dominer les caractéristiques électriques de ces matériaux et des dispositifs où ils sont utilisés. Dans cette étude, des techniques complémentaires de haute resolution pour l'analyse des surfaces, y compris la spectrometrie Auger (AES), la spectrométrie de masse par ions secondaires (SIMS), la radiospectromètrie photoélectronique (XPS) et la spectrometrie de perte électronique à basses énergies (EELS), sont employées pour examiner les propriétés de composition des grains et des joints de grains dans le silicium et dans le GaAs. Les positions des impurités séparées aux joints de grains et d'autres défauts sont trouvées par spectromètrie Auger exploratrice ayant une résolution latérale de moins de 500 Å par combinaison avec une technique de fracture in-situ. Des comparaisons entre les régions dans les grains et entre les grains sont données. L'activité électrique de ces impuritiés à l'intérieur du plan du joint de grains est évaluée par un mesurage modifié de spectromètrie Auger pour déterminer le potentiel de la surface. Les effets de l'illumination sur le potentiel de barrière et sur les temps de vie des porteurs minoritaires des joints de grains de silicium pures et intentionellement dopés (Al, Ti, Cu) sont données. Les effets de la recuisson sur les joints de grains de diverses impurités sont discutés. Des résultats montrant que la ségrégation de l'oxygene aux joints de grains de silicium influe fortement sur l'activité électrique des joints de grains sont offerts. AES, EELS, SIMS et la microscopie ionique sont utilisées pour examiner la chimie des joints de grains ce qui indique que l'oxygène se déplace aux régions entre les grains pendant des traitements de chauffage à hautes températures. Des données des positions des ions (resolution = 1 µm) sont données en fonction de temps et de température pour montrer la ségrégation de l'oxygène aux joints. Des données complémentaires des temps de vie de porteurs minoritaires et des mesurages du courant induit par rayons électroniques (EBIC) corroborent le modèle de la ségrégation de l'oxygène et indique que ce mécanisme est la cause probable de l'activation électrique de tels joints de grains.

Abstract
The chemistry and composition of inter- and intragrain regions in polycrystalline semiconductors can be related to, as well as dominate, the electrical characteristics of the materials, and devices fabricated from them. In this paper, high-resolution, complementary surface analysis techniques, including Auger electron spectroscopy (AES), secondary ion mass spectroscopy (SIMS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and low-energy electron loss spectroscopy (EELS), are used to investigate the compositional properties of grains and grain boundaries in Si and GaAs. Segregated impurities localized at grain boundaries and other defects are mapped using scanning AES with better than 500 Å lateral resolution, in conjunction with an in-situ fracture technique. Comparisons between grain and grain boundary regions are presented. The electrical activity of these impurities is evaluated within the grain boundary plane using a modified AES measurement to determine surface potential. The effects of illumination on the barrier potential and minority-carrier lifetimes of clean and intentionallydoped (Al, Te, Cu) silicon grain boundaries are presented. The effects of annealing on grain boundaries containing various impurities are discussed. Evidence is presented to show that oxygen segregation to silicon grain boundaries strongly influences grain boundary electrical activity. AES, EELS, SIMS and ion microscopy are used to investigate grain boundary chemistry - indicating that oxygen moves to the intergrain regions during high-temperature heat-treatments. Direct ion mapping data (~ 1 µm resolution) are presented as functions of time and temperature to show the grain boundary oxygen segregation. Complementary minority carrier lifetime data and electron beam induced current (EBIC) measurements support the oxygen segregation model and identifies this mechanism as the probable source for electrical activation of such grain boundaries.