Abstract
The solid phase crystallization behavior of undoped amorphous $Si_{1-x}Ge_{x}$ (X=O to 0.53) alloyfilms was studied by X-ray diffractometry(XRD) and transmission electron microscopy(TEM). Thefilms were deposited on thermally oxidized 5" (100) Si wafer by MBE(Mo1ecular Beam Epitaxy) at 300'C and annealed in the temperature range of $500^{\circ}C$ ~ $625^{\circ}C$. From XRD results, it was found that the thermal budget for full crystallization of the film is significantly reduced as the Ge concentration in thefilm is increased. In addition, the results also shows that pure amorphous Si film crystallizes with astrong (111) texture while the $Si_{1-x}Ge_{x}$ alloy film crystallzes with a (311) texture suggesting that the solidphase crystallization mechanism is changed by the incorporation of Ge. TEM analysis of the crystallized filmshow that the grain morphology of the pure Si is an elliptical and/or a dendrite shape with high density ofcrystalline defects in the grains while that of the $Si_{0.47}Ge_{0.53}$ alloy is more or less equiaxed shape with muchlower density of defects. From these results, we conclude that the crystallization mechanism changes fromtwin-assisted growth mode to random growth mode as the Ge cocentration is increased.ocentration is increased.
비정질 $Si_{1-x}Ge_{x}$(X=0, 0.14, 0.34, 0.53)합금박막의 결정화거동을 X-ray diffractometry(XRD)와 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)을 이용하여 조사하였다. 비정질 박막은 열산화막(thermal oxide, $SiO_{2}$)이 입혀진 Si기판위에 MBE(Molecular Beam Epitaxy)를 이용하여 $300^{\circ}C$에서 증착하였으며 각 Ge조성에 해당하는 기편들을 $500^{\circ}C$ ~ $625^{\circ}C$에서 열처리한 다음 XRD를 이용하여 결정화분율과 결정화후 박막의 우선순방위(texture)경향ㅇ르 조사하였다. 또한 TEM을 사용하여 열처리한 박막의 미세구조를 분석하였다. XRD분석결과 박막내의 Ge함량의 증가는 결정화에 대한 열처리시간을 크게 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 또한 결정화후 강한(111) 우선방위를 나타내는 Si박막과는 달리 $Si_{1-x}Ge_{x}$합금은 (311)우선방위를 가지는 것을 알았으며 이는 비정질 Si박막과 $Si_{1-x}Ge_{x}$박막의 결정화기구에 현저한 차이가 있음을 암시한다. TEM관찰에서, 순수한 Si박막은 결정화후 결정립이 타원형이나 수지상(dendrite)형태를 취하고 있었으며 결정립내부에 미페쌍정이나 적층결함들의 많은 결정결함들이 존재하고, 결정립의 성장이 이들 결함을 따라 우선적으로 성장함을 알 수 있었다. 반면에 $Si_{0.47}Ge_{0.53}$의 경우에서는 결정립모양이 원형에 가까운 동축정(dquiaxed)형상을 하며 결정립내부의 결함밀도도 매우 낮았다. 특히 Si에서 보았던 결정립성장의 방향성은 관찰되지 않았다. 이상의 결과에서 비정질 $Si_{1-x}Ge_{x}$(합금박막의 결정화는 Ge이 포함되지 않은 순수한 Si의 twin assisted growth mode에서 Ge 함량의 증가에 따라 \ulcorner향성이 없는 random growth mode로 전개되어간다고 결론지을수 있다.
