Una Plataforma de Procesamiento con Láser Pulsado de Doble Longitud de Onda para la Cristalización de Películas Delgadas de a-Si
Autores: Türker, Volkan; Yac, Mahmut Emre; Salman, Sarper Haydar; Çnar, Kamil; Eken, Semih Koray; Bek, Alpan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Una Plataforma de Procesamiento con Láser Pulsado de Doble Longitud de Onda para la Cristalización de Películas Delgadas de a-Si
Categoría
Gestión y administración
Subcategoría
Gestión del conocimiento
Palabras clave
Cristalización láser
Películas delgadas de silicio
Pc-si
Celdas solares fotovoltaicas
Transistores de película delgada
Plataforma láser de múltiples longitudes de onda
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
El interés en la cristalización láser (LC) de películas delgadas de silicio (Si) ha ido en aumento en la fabricación de células solares fotovoltaicas de silicio policristalino (pc-Si) delgadas/ultradelgadas y transistores de película delgada (TFT) basados en Si. Se espera que la fabricación basada en láser de películas delgadas de pc-Si de calidad de dispositivo a temperatura ambiente sea una tecnología clave habilitadora debido a su bajo consumo de energía, materiales y tiempo de proceso. La fabricación de películas delgadas de pc-Si de alta calidad sin tratamiento previo o posterior a gran escala es una tecnología disruptiva que tiene el potencial de revolucionar la industria de películas delgadas de Si. Aquí describimos en detalle una plataforma de procesamiento láser de múltiples longitudes de onda especialmente desarrollada para la cristalización de películas delgadas de silicio amorfo (a-Si) en películas delgadas de pc-Si. La plataforma tiene tres etapas principales. La primera etapa consiste en un láser de fibra dopado con iterbio (Yt) de pulso nanosegundo con una arquitectura de amplificador de potencia de oscilador maestro, que opera a una longitud de onda de 1064 nm con una tasa de repetición ajustable entre 80 kHz y 300 kHz. El haz de salida tiene una potencia máxima de 18 W con una energía de pulso de 90 uJ. Las duraciones de pulso se pueden establecer en valores entre 15 ns y 40 ns. La segunda etapa tiene elementos ópticos de espacio libre para la generación de segundo armónico (SHG) que produce una emisión a una longitud de onda de 532 nm. La eficiencia de conversión del SHG es del 25% con una energía de pulso de salida de 20 uJ. La plataforma proporciona dos longitudes de onda, ya sea 1064 nm o 532 nm, en la cristalización de películas de a-Si para diferentes regímenes de cristalización. La última etapa de la plataforma tiene un ensamblaje de procesamiento de muestras con un enfoque lineal, que cuenta con una etapa motorizada en x-y sobre una mesa aislada de vibraciones. La velocidad de la etapa motorizada se puede establecer entre 1 mm/s y 100 mm/s. Los ajustes de velocidad de la etapa y de la tasa de repetición ayudan a ajustar la superposición de pulsos sucesivos entre 97.22% y 99.99%. Nuestra plataforma tiene una variedad de parámetros ajustables que la convierten en un sistema excepcionalmente flexible para la cristalización delicada de películas delgadas de Si. Una amplia selección de combinaciones de parámetros operativos, la selección de longitud de onda y la capacidad de escaneo simultáneo en x-y permiten a los usuarios cristalizar películas de Si en varios sustratos de manera óptima. La elección de la longitud de onda de operación se puede realizar considerando la absorción óptica y el grosor de las películas de a-Si en diferentes tipos de sustratos. Por lo tanto, entregar una cantidad precisa de energía absorbida en la irradiación de enfoque lineal es útil para aumentar el tamaño promedio de los dominios cristalinos; además, la nucleación de cristalitos se puede iniciar desde la interfaz superior o inferior de la película. El movimiento continuo y simultáneo de la etapa en dos dimensiones permite procesar geometrías continuas arbitrarias de pc-Si en la película de a-Si. En resumen, nuestra plataforma de procesamiento láser de múltiples longitudes de onda ofrece una utilidad LC todo en uno para un procesamiento intrincado de LC-Si.
Descripción
El interés en la cristalización láser (LC) de películas delgadas de silicio (Si) ha ido en aumento en la fabricación de células solares fotovoltaicas de silicio policristalino (pc-Si) delgadas/ultradelgadas y transistores de película delgada (TFT) basados en Si. Se espera que la fabricación basada en láser de películas delgadas de pc-Si de calidad de dispositivo a temperatura ambiente sea una tecnología clave habilitadora debido a su bajo consumo de energía, materiales y tiempo de proceso. La fabricación de películas delgadas de pc-Si de alta calidad sin tratamiento previo o posterior a gran escala es una tecnología disruptiva que tiene el potencial de revolucionar la industria de películas delgadas de Si. Aquí describimos en detalle una plataforma de procesamiento láser de múltiples longitudes de onda especialmente desarrollada para la cristalización de películas delgadas de silicio amorfo (a-Si) en películas delgadas de pc-Si. La plataforma tiene tres etapas principales. La primera etapa consiste en un láser de fibra dopado con iterbio (Yt) de pulso nanosegundo con una arquitectura de amplificador de potencia de oscilador maestro, que opera a una longitud de onda de 1064 nm con una tasa de repetición ajustable entre 80 kHz y 300 kHz. El haz de salida tiene una potencia máxima de 18 W con una energía de pulso de 90 uJ. Las duraciones de pulso se pueden establecer en valores entre 15 ns y 40 ns. La segunda etapa tiene elementos ópticos de espacio libre para la generación de segundo armónico (SHG) que produce una emisión a una longitud de onda de 532 nm. La eficiencia de conversión del SHG es del 25% con una energía de pulso de salida de 20 uJ. La plataforma proporciona dos longitudes de onda, ya sea 1064 nm o 532 nm, en la cristalización de películas de a-Si para diferentes regímenes de cristalización. La última etapa de la plataforma tiene un ensamblaje de procesamiento de muestras con un enfoque lineal, que cuenta con una etapa motorizada en x-y sobre una mesa aislada de vibraciones. La velocidad de la etapa motorizada se puede establecer entre 1 mm/s y 100 mm/s. Los ajustes de velocidad de la etapa y de la tasa de repetición ayudan a ajustar la superposición de pulsos sucesivos entre 97.22% y 99.99%. Nuestra plataforma tiene una variedad de parámetros ajustables que la convierten en un sistema excepcionalmente flexible para la cristalización delicada de películas delgadas de Si. Una amplia selección de combinaciones de parámetros operativos, la selección de longitud de onda y la capacidad de escaneo simultáneo en x-y permiten a los usuarios cristalizar películas de Si en varios sustratos de manera óptima. La elección de la longitud de onda de operación se puede realizar considerando la absorción óptica y el grosor de las películas de a-Si en diferentes tipos de sustratos. Por lo tanto, entregar una cantidad precisa de energía absorbida en la irradiación de enfoque lineal es útil para aumentar el tamaño promedio de los dominios cristalinos; además, la nucleación de cristalitos se puede iniciar desde la interfaz superior o inferior de la película. El movimiento continuo y simultáneo de la etapa en dos dimensiones permite procesar geometrías continuas arbitrarias de pc-Si en la película de a-Si. En resumen, nuestra plataforma de procesamiento láser de múltiples longitudes de onda ofrece una utilidad LC todo en uno para un procesamiento intrincado de LC-Si.