Hydrogen Diffusion and Trapping in Micro-Nanocrystalline Silicon

(Received 20 January 1995, accepted 3 May 1995)

Abstract
Effusion experiments and Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS) profiling are performed on post-hydrogenated (deuterated) micro-nanocrystallized silicon films obtained by thermal annealing of amorphous sputtered layers. The analysis of the effusion spectra and SIMS profiles allows to evidence the existence of cavities containing molecular hydrogen, the presence of weakly bonded hydrogen in small clusters and hydrogen trapped at grain boundaries. These results are analysed with regard to the microstructure of the crystallized layers studied by Transmission Electron Microscopy. This microstructure depends on the conditions of deposition of the original amorphous layers.

Résumé
Des expériences d'exodiffusion sont réalisées sur des échantillons de silicium déposés en couches minces par pulvérisation cathodique, cristallisés par recuit thermique et post-hydrogénés (deutérés). L'analyse des spectres d'exodiffusion et des profils de diffusion obtenus par spectrométrie de masse d'ions secondaires permet de conclure à la présence de cavités suffisamment larges pour contenir de l'hydrogène sous forme moléculaire, à la présence d'hydrogène faiblement lié situé dans des micro-cavités ainsi qu'à celle d'hydrogène piégé aux joints de grains. Ces résultats sont corrélés aux microstructures des couches analysées par Microscopie Electronique en Transmission, microstructures qui dépendent des conditions de depôt des couches initiales de silicium amorphes.