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大気圧マイクロ熱プラズマジェット照射によるa-Si膜の結晶化及びTFT応用

Research Project

Project/Area Number 12J06779
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Electronic materials/Electric materials
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

林 将平  広島大学, 先端物質科学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords熱プラズマジェット / シリコン / 結晶成長 / 薄膜トランジスタ
Outline of Annual Research Achievements

前年度までの結果から、アモルファスシリコン(a-Si)膜はマイクロ熱プラズマジェット(μ-TPJ)照射により固相結晶化(SPC)、Leading Wave Crystallization (LWC)、高速横方向結晶化(HSLC)の異なる3種類の結晶成長様式により結晶化することが明らかとなり、高性能薄膜トランジスタ(TFT)作製にはHSLCが最も有効であることを報告した。本年度は、HSLCを用いた結晶成長制御と、結晶成長メカニズムについて更に詳細に調査し、主に以下の成果を得た。
1. 幅10μm以下の細線状にa-Si膜をパターニングし、HSLCすることで結晶成長制御を試みた。高速度カメラを用いた結晶成長の直接観察結果から、幅10μmのSi細線においては異なる2つの固液界面の衝突によりランダム粒界が形成されることが明らかになった。一方、幅1μmのSi細線においては細線長手方向への一様な結晶成長によりランダム粒界は形成されず、最大1mmの長距離結晶成長が認められた。この結果から細線化による固液界面の衝突抑制により長距離結晶成長の誘起が可能と言える。
2. 堆積手法、条件、脱水素温度を変化させることで、初期Si膜特性と結晶成長の関係を調査した。プラズマ化学気層堆積(PECVD)法によるa-Si膜においてはLWCが誘起されたが、減圧(LP)CVD法に試料においてLWCは誘起されず、SPC-溶融領域間に部分溶融領域(MPS)が誘起された。PECVD法おいても膜中応力値を下げる、または高い結晶性を予め持たせておくことでMPSが再現された。この結果からLWC及びMPSの前駆体であるSPCの結晶性により、その後の結晶成長様式が変化することが明らかになった。
以上の結果から、マイクロ~ミリ秒時間領域における結晶成長メカニズムを明確にし、a-Si膜の細線化により結晶成長制御の指針が得られた。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (28 results)

All 2015 2014 2013 2012

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (23 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Improvement in Characteristic Variability of TFTs Using Grain Growth Control by Micro Thermal Plasma Jet Irradiation on a-Si Strips2014

    • Author(s)
      Seiji Morisaki, Shohei Hayashi, Yuji Fujita, and Seiichiro Higashi
    • Journal Title

      Journal of Display Technology

      Volume: 10 Issue: 11 Pages: 950-955

    • DOI

      10.1109/jdt.2014.2326993

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      2014 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Investigation of Silicon Grain Structure and Electrical Characteristics of TFTs Fabricated Using Different Crystallized Silicon Films by Atmospheric Pressure Micro-Thermal-Plasma-Jet Irradiation2014

    • Author(s)
      Shohei Hayashi, Seiji Morisaki, Takahiro Kamikura, Shogo Yamamoto, Kohei Sakaike, Muneki Akazawa, Seiichiro Higashi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 52 Issue: 3S2 Pages: 03DG02-03DG02

    • DOI

      10.7567/jjap.53.03dg02

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  • [Journal Article] Leading Wave Crystallization Induced by Micro-Thermal-Plasma-Jet Irradiation of Amorphous Silicon Films2013

    • Author(s)
      Shohei Hayashi, Yuji Fujita, Takahiro Kamikura, Kohei Sakaike, Muneki Akazawa, Mitsuhisa Ikeda, Seiichiro Higashi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 52 Issue: 5S2 Pages: 05EE02-05EE02

    • DOI

      10.7567/jjap.52.05ee02

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Leading Wave Crystallization Induced by Micro-thermal-Plasma-Jet irradiation to Amorphous Silicon Films2013

    • Author(s)
      Shohei Hayashi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: (in press)

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    • Author(s)
      Shohei Hayashi
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 101 Issue: 17

    • DOI

      10.1063/1.4764522

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      第62回応用物理学会春季学術講演会
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      東海大学
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      第62回応用物理学会春季学術講演会
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      東海大学
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      2015-03-11 – 2015-03-14
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      森崎 誠司、林 将平、山本 将悟、中谷 太一、東 清一郎
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      薄膜材料デバイス研究会 第11回研究集会
    • Place of Presentation
      龍谷大学アバンティ響都ホール
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      2014-10-31 – 2014-11-01
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      森崎 誠司、林 将平、山本 将悟、東 清一郎
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      広島大学 広仁会館
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      第6回 薄膜太陽電池セミナー
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      広島大学 広仁会館
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      2014-10-15 – 2014-10-16
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      林 将平、森崎 誠司、山本 将悟、中谷 太一、東 清一郎
    • Organizer
      第6回 薄膜太陽電池セミナー
    • Place of Presentation
      広島大学 広仁会館
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      2014-10-15 – 2014-10-16
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  • [Presentation] Effect of Grain Growth Control by Atmospheric Micro-Thermal- Plasma-Jet Crystallization of Amorphous Silicon Strips on TFT Characteristics2014

    • Author(s)
      Seiji Morisaki, Shohei Hayashi, Shogo Yamamoto, Taichi Nakatani, and Seiichiro Higashi
    • Organizer
      226th The Electrochemical Society Meeting
    • Place of Presentation
      Cancun, Mexico
    • Year and Date
      2014-10-05 – 2014-10-10
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  • [Presentation] マイクロ熱プラズマジェット結晶化によるSi極細線の電気特性評価及び薄膜トランジスタ応用2014

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      山本 将悟、森崎 誠司、林 将平、中谷 太一、東 清一郎
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
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      第75回応用物理学会秋季学術講演会
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      北海道大学
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
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  • [Presentation] Grain Growth Control by Micro-Thermal-Plasma-Jet Irradiation to Very Narrow Amorphous Silicon Strips and Its Application to Thin Film Transistors2014

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      Shogo Yamamoto, Seiji Morisaki, Shohei Hayashi, Taichi Nakatani, and Seiichiro Higashi
    • Organizer
      2014 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • Place of Presentation
      Ibaraki, Japan
    • Year and Date
      2014-09-08 – 2014-09-10
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  • [Presentation] Grain Growth Induced by Micro-Thermal-Plasma-Jet Irradiation to Narrow Amorphous Silicon Strips2014

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      Shohei Hayashi, Seiji Morisaki, Shogo Yamamoto, Taichi Nakatani, and Seiichiro Higashi
    • Organizer
      The 21st International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices
    • Place of Presentation
      Kyoto, Japan
    • Year and Date
      2014-07-02 – 2014-07-04
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  • [Presentation] a-Si細線のマイクロ熱プラズマジェット結晶化における結晶成長観察2014

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      林 将平、森崎 誠司、上倉 敬弘、山本 将悟、中谷 太一、東 清一郎
    • Organizer
      2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      相模原市
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      2014-03-19
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      林 将平、森崎 誠司、上倉 敬弘、山本 将悟、酒池 耕平、赤澤 宗樹、東 清一郎
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      薄膜材料デバイス研究会 第10回研究集会
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      京都市
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      2013年 第74回応用物理学会秋季学術講演会
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      京田辺市
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      京田辺市
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      2013-09-19
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      Shohei Hayashi, Seiji Morisaki, Takahiro Kamikura, Shogo Yamamoto, Kohei Sakaike, Muneki Akazawa, Seiichiro Higashi
    • Organizer
      35th International Symposium on Dry Process (DPS2013)
    • Place of Presentation
      済州 (韓国)
    • Year and Date
      2013-08-29
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  • [Presentation] Grain Growth Control by Micro-Thermal-Plasma-Jet Irradiation to Amorphous Silicon Strips through Slit Masks and Its Application to High-Performance Thin彦ilm Transistors2013

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      Shohei Hayashi, Yuji Fujita, Seiji Morisaki, Takahiro Kamikura, Shogo Yamamoto, Muneki Akazawa, Seiichiro Higashi
    • Organizer
      The Twentieth International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD 13)
    • Place of Presentation
      京都市
    • Year and Date
      2013-07-04
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      林 将平
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      厚木市(神奈川工科大学)
    • Year and Date
      2013-03-29
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      Shohei Hayashi
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    • Place of Presentation
      東京都文京区(東京大学武田先端知ビル武田ホール)
    • Year and Date
      2012-11-15
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    • Author(s)
      林 将平
    • Organizer
      薄膜材料デバイス研究会 第9回研究集会
    • Place of Presentation
      奈良市(なら100年会館)
    • Year and Date
      2012-11-03
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      2012-09-25
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      2012年秋季 第73回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      松山市(愛媛大学・松山大学)
    • Year and Date
      2012-09-12
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  • [Presentation] Control of Crystal Growth Orientation by Micro-Thermal-Plasma-Jet Induced Melting and Solidification of Silicon Films on Porous Silicon Underlayer2012

    • Author(s)
      Shohei Hayashi
    • Organizer
      2012 The Nineteenth International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD 12)
    • Place of Presentation
      京都市(龍谷大学アバンティ響都ホール)
    • Year and Date
      2012-07-05
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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