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INCORPORATION, DIFFUSION ET SEGREGATION D’IMPURETES DANS LE SILICIUM
POLYCRISTALLIN
J. Deville, J. Quesada, M. Soltani
To cite this version:
J. Deville, J. Quesada, M. Soltani. INCORPORATION, DIFFUSION ET SEGREGATION
D’IMPURETES DANS LE SILICIUM POLYCRISTALLIN. Journal de Physique Colloques, 1982,
43 (C1), pp.C1-193-C1-198. �10.1051/jphyscol:1982126�. �jpa-00221782�
JOURNAL DE PHYSIQUE
CoZZoque C l , suppZément au n o 10, Tome 43, octobre 1982 page C l - 1 9 3
INCORPORATION, DIFFUSION ET SEGREGATION D ' IMPURETES DANS L E S I L I CIUM POLYCRISTALLIN
J . P . D e v i l l e , J. Quesada* e t M.L. S o l t a n i
Equipe d 'Etude des Surfaces, ERA 7 du CNRS, Universi t é Louis Pasteur, 4 rue BZaise PascaZ, 67070 Strasbourg Cedex, Fronce
*Laboratoire de MétalZurgie-Chimie des Matémam, E. B. S. A . I. S., 24 bouZevard de l a V i c t o i r e , 67000 Strasbourg, France
Résumé. - Nous a v o n s é t u d i é p a r s p e c t r o s c o p i e de p h o t o é l e c t r o n s l a n a t u r e , l a r é p a r t i t i o n e t é v e n t u e l l e m e n t l a l i a i s o n c h i m i q u e d e s i m p u r e t é s a u v o i s i n a g e d e l a s u r f a c e d ' é c h a n t i l l o n s d e s i l i c i u m p o l y c r i s t a l l i n t i r é s u r r u b a n d e c a r b o n e . O u t r e l e s i m p u r e t é s p r i n c i p a l e s ( c a r b o n e e t o x y g è n e ) t o u j o u r s p r é s e n t e s à d e s c o n c e n t r a t i o n s v o i s i n e s de l e u r l i m i t e de s o l u b i l i t é d a n s l e s i l i c i u m , d e s i m p u r e t é s m é t a l l i q u e s o n t é t é m i s e s e n é v i d e n c e : l e u r n a t u r e e s t v a r i a b l e d ' u n é c h a n t i l l o n à l ' a u t r e . L e u r r é p a r - t i t i o n s p a t i a l e n ' e s t p a s a l é a t o i r e : c e r t a i n e s s e t r o u v e n t à l a s u r f a c e p r o p r e m e n t d i t e ( s o d i u m ) , d ' a u t r e s s o n t s i t u é e s d a n s l a c o u c h e o x y d é e s u p e r f i c i e l l e ( c a l c i u m , m a g n é s i u m ) o u à 1 ' i n t e r - f a c e o x y d e - m a t é r i a u p r o p r e ( f e r ) . Ces i m p u r e t é s m é t a l l i q u e s p r o v i e n n e n t d u r u b a n e t s o n t i n c o r p o r é e s a u s i l i c i u m l o r s d e l a c r i s t a l l i s a t i o n . 11 n ' e s t p a s e n c o r e p o s s i b l e d e d o n n e r u n m o d è l e s a t i s f a i s a n t d e s m é c a n i s m e s d ' i n c o r p o r a t i o n d e s i m p u r e t é s à c a u s e de l e u r t r o p g r a n d n o m b r e e t d e l e u r s i n t e r a c t i o n s m u t u - e l l e s . L ' o x y g è n e s e m b l e c e p e n d a n t j o u e r un r ô l e p r é p o n d é r a n t d a n s l a r é p a r t i t i o n s p a t i a l e d e s i m p u r e t é s m é t a l l i q u e s .
A b s t r a c t .
-
We s t u d i e d b y means o f X-Ray P h o t o e l e c t r o n S p e c t r o - s c o p y t h e n a t u r e , d i s t r i b u t i o n a n d , when p o s s i b l e , t h e c h e m i c a l b o n d o f i m p u r i t i e s a t t h e s u r f a c e o f p o l y c r y s t a l l i n e s i 1 ic o n s a m p l e s g r o w n o n a c a r b o n r i b b o n . B e s i d e s m a i n i m p u r i t i e s ( c a r b o n a n d o x y g e n ) , a l w a y s p r e s e n t a t c o n c e n t r a t i o n s a r o u n d t h e i r l i m i t o f s o l u b i l i t y i n s i l i c o n , m e t a l i m p u r i t i e s h a v e b e e n f o u n d : t h e i r n a t u r e v a r i e s f r o m a s a m p l e t o a n o t h e r . T h e i r s p a - t i a l d i s t r i b u t i o n i s n o t r a n d o m : some a r e s t r i c t l y c o n f i n e d a t t h e s u r f a c e ( s o d i u m ) , w h e r e a s o t h e r s a r e i n t h e s u p e r f i c i a l o x i - d i z e d l a y e r ( c a l c i u m , m a g n e s i u m ) o r l o c a l i z e d a t t h e o x i d e - bu1 k s i 1 ic o n i n t e r f a c e ( i r o n ).
M e t a l i m p u r i t i e s a r e c o m i n g f r o m t h e c a r b o n r i b b o n a n d a r e i n c o r p o r a t e d t o s i l i c o n d u r i n g t h e g r o w t h p r o c e s s . I t i s n o t y e t p o s s i b l e t o g i v e a mode1 o f d i f f u - s i o n p r o c e s s e s o f i m p u r i t i e s s i n c e t h e y a r e t o o n u m e r o u s a n d i n t e r a c t o n e w i t h t h e o t h e r . H o w e v e r o x y g e n seems t o p l a y a l e a d i n g r ô l e i n t h e s p a t i a l d i s t r i b u t i o n o f m e t a l i m p u r i t i e s .1. INTRODUCTION
L a c r o i s s a n c e d e c o u c h e s m i n c e s d e s i l i c i u m p o l y c r i s t a l l i n s u r u n s u p p o r t d e c a r b o n e s u i v a n t l e p r o c é d é R.A.D. ( 1 , 2 ) , e n t r e p r i s e e n v u e de l a r é a l i s a t i o n d e p h o t o p i l e s s o l a i r e s d e f a i b l e c o û t , e s t accompagnée d ' u n e c o n t a m i n a t i o n d e s c o u c h e s p a r l e s u p p o r t l u i - m ê m e e t p a r l e s i m p u r e t é s q u ' i l c o n t i e n t . C e t t e c o n t a m i n a t i o n p e u t i n t r o - d u i r e d e s l i m i t a t i o n s i m p o r t a n t e s d a n s l e r e n d e m e n t p h o t o v o l t a ï q u e . En e f f e t , HOPKINS e t c o l l . ( 3 ) o n t m o n t r é l e r ô l e d e n o m b r e u s e s i m p u - r e t é s , n o t a m m e n t c e l l e d e s m é t a u x d e t r a n s i t i o n , d a n s l a r é d u c t i o n d e s p e r f o r m a n c e s d e s c e 1 1 u l e s s o l a i r e s a u s i 1 i c i um m o n o c r i s t a l l i n .
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1982126
Cl-194 JOURNAL DE PHYSIQUE
L a c a r a c t é r i s a t i o n d e s i m p u r e t é s d a n s l e s i l i c i u m p o l y c r i s t a l l i n d e t y p e R.A.D. a é t é f a i t e p a r d i f f é r e n t e s m é t h o d e s ( 4 ) e t n o u s d é v e l o p - p e r o n s i c i l e s r é s u l t a t s o b t e n u s g r â c e a u x m é t h o d e s d ' a n a l y s e d e s s u r f a c e s s u r d e s r é g i o n s a l l a n t d e 4 à q u e l q u e s m i l l i e r s d ' a à p a r t i r de l a s u r f a c e . L e s r e n s e i g n e m e n t s o b t e n u s p e r m e t t e n t d e c o n n a î t r e l a n a t u r e e t l a r é p a r t i t i o n s p a t i a l e d e s i m p u r e t é s e t , d a n s d e n o m b r e u x c a s , l e u r l i a i s o n c h i m i q u e e t l e u r c o n c e n t r a t i o n . I l s d o i v e n t a u s s i p e r m e t t r e d e c o n n a î t r e l e m é c a n i s m e d ' i n c o r p o r a t i o n e t d e d i f f u s i o n d e s i m p u r e t é s à p a r t i r d u r u b a n e t d u b a i n d e f a ç o n à e n v i s a g e r l ' u t i - l i s a t i o n d ' u n s i l i c i u m m o i n s p u r comme m a t é r i a u d e b a s e .
2 . PIETHODE EXPERIMENTALE
L e s é c h a n t i l l o n s f o u r n i s p a r l e s l a b o r a t o i r e s de r e c h e r c h e s d e l a C.G.E. s o n t a n a l y s é s b r u t s d e t i r a g e a u moyen d e l a s p e c t r o s c o p i e d e s p h o t o é l e c t r o n s i n d u i t s p a r l e s r a y o n s X ( X P S ) d a n s un a p p a r e i l Vacuum G e n e r a t o r s (ESCA I I I ) é q u i p é d e s r a y o n n e m e n t s A l Ka e t Mg Ka.
Q u e l q u e s c o n f i r m a t i o n s o n t é t é o b t e n u e s a u moyen d e l a s p e c t r o s c o p i e des é l e c t r o n s A u g e r ( A E S ) , n o t a m m e n t p o u r l ' i d e n t i f i c a t i o n de c e r t a i n s é t a t s c h i m i q u e s ( c a r b u r e s , o x y d e s d e s i l i c i u m n o n s t o e c h i o m é t r i q u e s ) . L e s m é t h o d e s u t i l i s é e s o n t u n e p r o f o n d e u r d ' a n a l y s e e x t r ê m e m e n t
f a i b l e ( 4 à 20
a ) ;
p o u r p o u v o i r a c c é d e r à d e s p r o f i l s d e c o n c e n t r a t i o n n o u s p r o c é d o n s à d e s b o m b a r d e m e n t s i o n i q u e s a u moyen d ' u n f a i s c e a u d ' i o n s a r g o n a c c é l é r é s s o u s l, à 3 keV. Des v i t e s s e s d ' é r o s i o n de l ' o r d r e d e 3 à 5 a / u ~ / m n s o n t a i n s i o b t e n u e s . Nous a v o n s d é l i b é r é m e n t l i m i t é l a v i t e s s e d ' é r o s i o n p o u r r e n d r e n é g l i g e a b l e s l e s e f f e t s d ' i m - p l a n t a t i o n d ' a r g o n o u d e s i m p u r e t é s d a n s l e m a t é r i a u . C e c i l i m i t e e n p r a t i q u e l ' a n a l y s e à u n e é p a i s s e u r d e l ' o r d r e d u m i c r o n . L a compa- r a i s o n a v e c d e s m a t é r i a u x s a n s i m p u r e t é a é t é f a i t e a v e c d e s s u r f a c e s de s i l i c i u m m o n o c r i s t a l l i n .3 . RESULTATS
P o u r d e s r a i s o n s d e c l a r t é , m a i s a u s s i à c a u s e de r a i s o n s p l u s f o n d a m e n t a l e s n o u s s é p a r e r o n s l e s r é s u l t a t s o b t e n u s s u r l e s i m p u r e t é s p r i n c i p a l e s ( c a r b o n e e t o x y g è n e ) d e c e u x t r o u v é s p o u r l e s i m p u r e t é s m é t a l l i q u e s .
3 . 1 I m p u r e t é s p r i n c i p a l e s
L e s é c h a n t i l l o n s é t a n t a n a l y s é s b r u t s d e t i r a g e m o n t r e n t u n e c o n t a m i n a t i o n s u p e r f i c i e l l e e n c a r b o n e d u e a u x h y d r o c a r b u r e s p r é s e n t s d a n s l ' a t m o s p h è r e . C e t t e c o n t a m i n a t i o n " e x t e r n e " , c a r a c t é r i s é e p a r u n p i c C 1 s t r è s i n t e n s e à 285 eV d i s p a r a î t a p r è s u n b o m b a r d e m e n t i o n i q u e t r è s c o u r t . Sous c e t t e c o u c h e c a r b o n é e s e t r o u v e u n e c o u c h e d ' o x y d e d o n t l ' é p a i s s e u r e t l e d e g r é d ' o x y d a t i o n d é p e n d e n t des c o n d i t i o n s d e t i r a g e d u f i l m d e s i l i c i u m . Comme l ' é p a i s s e u r d e l a c o u c h e d e c o n t a - m i n a t i o n e x t e r n e e s t i n f é r i e u r e a u l i b r e p a r c o u r s moyen é l a s t i q u e d e s p h o t o é l e c t r o n s c a r a c t é r i s t i q u e s d u s i l i c i u m e t d e l ' o x y g è n e , il e s t p o s s i b l e d e d é t e r m i n e r l e d e g r é d ' o x y d a t i o n d e l a c o u c h e s o u s - j a c e n t e g r â c e a u x d é p l a c e m e n t s c h i m i q u e s d e s d i f f é r e n t s p i c s ( 5 ) . Nous a v o n s p u a i n s i m e t t r e e n é v i d e n c e s o i t d e s c o u c h e s d e s i l i c e t h e r m i q u e ( o x y d a t i o n à u n e t e m p é r a t u r e s u p é r i e u r e à 600°C) d o n t l ' é p a i s s e u r v a de 2 0 0 à 1 0 0 0
A
s o i t des c o u c h e s d e s i l i c e n o n s t o e c h i o m é t r i q u ed ' é p a i s s e u r i n f é r i e u r e à 2 0 0
a
c a r a c t é r i s t i q u e d ' u n e o x y d a t i o n à l ' a i r a m b i a n t , p o s t é r i e u r e a u t i r a g e .A u - d e l à de l a c o u c h e o x y d é e a p p a r a î t l e m a t é r i a u " p r o p r e " : l e p i c d u s i l i c i u m e s t c a r a c t é r i s t i q u e d ' u n é t a t n o n o x y d é . Il s u b s i s t e c e p e n d a n t d e s p i c s d u s a u c a r b o n e e t à l ' o x y g è n e , de f a i b l e i n t e n s i t é . L e c a r b o n e e s t t r o u v é s o u s d e u x é t a t s : l e c a r b u r e ( c a r b o n e l i é à u n m é t a l ) e t l e g r a p h i t e ( c a r b o n e l i é a u c a r b o n e ) . Ces d e u x é t a t s o n t é g a l e m e n t é t é m i s e n é v i d e n c e p a r AES. L e s i n t e n s i t é s d e s d i f f é r e n t s p i c s d e p h o t o é l e c t r o n s d a n s c e t t e r é g i o n o x y d é e s o n t à p e u p r è s l e s mêmes d ' u n é c h a n t i l l o n à l ' a u t r e .
3 . 2 ' m p u r e t é s m é t a l l i a u e s
C o n t r a i r e m e n t aux i m p u r e t é s p r i n c i p a l e s , l e s i m p u r e t é s m é t a l - l i q u e s v a r i e n t f o r t e m e n t en n a t u r e e t en c o n c e n t r a t i o n d ' u n é c h a n - t i l l o n à l ' a u t r e . Nous a v o n s pu m e t t r e en é v i d e n c e l e s o d i u m , l e magnésium, l e c a l c i u m , l e chrome, l e f e r , l e n i c k e l e t 1 ' é t a i n . Ces i m p u r e t é s ne s o n t p a s t o u t e s p r é s e n t e s en même temps s u r l e même é c h a n t i l l o n m a i s e l l e s o n t t o u t e s é t é m i s e s en é v i d e n c e p a r l ' a n a l y s e d ' a c t i v a t i o n n e u t r o n i q u e d a n s l e r u b a n de c a r b o n e , l e b a i n f o n d u e t l e s c o u c h e s de s i l i c i u m p u l v é r i s é e s ( 4 ) . D ' a u t r e s i m p u r e t é s , d é t e c t é e s a u s s i p a r c e t t e méthode d ' a n a l y s e g l o b a l e , a u r a i e n t p r o b a b l e m e n t pu ê t r e t r o u v é e s au v o i s i n a g e de l a s u r f a c e mais l e s é c h a n t i l l o n s é t u - d i é s p a r XPS ne r e c o u v r e n t q u ' u n e t r è s f a i b l e p a r t i e du m é t r a g e de r u b a n t i r é .
A l o r s que l a n a t u r e d e s i m p u r e t é s p r é s e n t e s s u r u n é c h a n t i l l o n donné e s t i m p r é v i s i b l e , l e u r r é p a r t i t i o n s p a t i a l e n ' e s t pas a l é a t o i r e : l e sodium e t l ' é t a i n s o n t un-iquement l o c a l i s é s à l a s u r f a c e même, au n i v e a u de l a c o u c h e de c o n t a m i n a t i o n e x t e r n e . 11 a é t é v é r i f i é q u e c e s i m p u r e t é s ne p r o v e n a i e n t p a s de l ' a t m o s p h è r e du l a b o r a t o i r e e t n ' é t a i e n t p a s i n c o r p o r é e s a v e c l a c o n t a m i n a t i o n e x t e r n e . Le c a l c i u m e t l e magnésium s e t r o u v e n t p r é f é r e n t i e l l e m e n t d a n s l a zone oxydée e t l e u r p r o f i l de c o n c e n t r a t i o n en f o n c t i o n de l a p r o f o n d e u r e s t a s s e z a n a l o g u e à c e l u i du c a r b o n e à 1 ' é t a t de c a r b u r e ( f i g . 1 ) . La t r i a d e c h r o m e - f e r - n i c k e l n ' a p p a r a î t q u ' à l ' i n t e r f a c e o x y d e - s i l i c i u m
" p r o p r e " .
L o r s de v é r i f i c a t i o n s , i l nous e s t a r r i v é de r e m e t t r e à 1 ' a i r d e s é c h a n t i l l o n s a y a n t é t é décapés d a n s l ' a p p a r e i l de l e u r c o u c h e d ' o x y d e . L o r s de l a n o u v e l l e a n a l y s e nous a v o n s c o n s t a t é , o u t r e l a r e c o n s t i t u t i o n n o r m a l e d ' u n e c o u c h e de c o n t a m i n a t i o n e x t e r n e s u p e r - p o s é e à une f a i b l e c o u c h e d ' o x y d e non s t o e c h i o m é t r i q u e , l a p r é s e n c e de sodium à une c o n c e n t r a t i o n é g a l e à c e l l e t r o u v é e s u r l e s é c h a n - t i l l o n s b r u t s de t i r a g e ; p a r c o n t r e , l e s c o n c e n t r a t i o n s en f e r e t en c a l c i u m é t a i e n t c e l l e s t r o u v é e s à l a f i n du p r é c é d e n t d é c a p a g e . Ceci m o n t r e que parmi l e s i m p u r e t é s t r o u v é e s d a n s l e s i l i c i u m p o l y - c r i s t a l l i n s e u l Te sodium e s t c a p a b l e de s é g r é g e r à t e m p é r a t u r e o r d i - n a i r e
.
:
O
4
F i g u r e 1: P r o f i l s deu c o n c e n t r a t i o n de q u e l q u e s
a, i m p u r e t é s d a n s l e s i l i -
-O cium p o l y c r i s t a l l i n
C a n c e n t h a t i o n
O phadileh ad n o m e i m p u h i - t i e n i n p o L y c h y b t a L L i n e n i L i c o n
O S i l i c i u m non oxydé N o n - a x i d k z e d n i e l c o n S i l i c i u m oxydé
O x i d i z e d n i L i c o n
+
Oxygène O x y g e nV Calcium Magnésium
Fer-Chrome-Nickel I h a n - C h h o m i a m - N i c k e L
O , 1 Os2 033 0 , 4 0 , 5
P r o f o n d e u r (pm)
JOURNAL DE PHYSIQUE
4. DISCUSSION
Les r é s u l t a t s o b t e n u s t a n t p a r l e s a n a l y s e s g l o b a l e s que p a r l e s a n a l y s e s de s u r f a c e m o n t r e n t que l e s i m p u r e t é s m é t a l l i q u e s c o n t e - n u e s d a n s l e s c o u c h e s de s i l i c i u m p o l y c r i s t a l l i n t i r é s u r ruban de c a r b o n e p a r l e p r o c é d é R A D p r o v i e n n e n t e s s e n t i e l l e m e n t du s u p p o r t .
Le f a i t que l a n a t u r e d e s i m p u r e t é s t r o u v é e s p a r XPS s o i t im- p r é v i s i b l e d ' u n é c h a n t i l l o n à l ' a u t r e s u g g è r e que c e s c o n t a m i n a n t s ne s o n t p a s r é p a r t i s de f a ç o n homogène s u r l e r u b a n - s u p p o r t . Ceci e s t c o r r o b o r é p a r d e s é t u d e s r é c e n t e s au m i c r o s c o p e é l e c t r o n i q u e à b a l a y - a g e q u i o n t m o n t r é que l a p l u p a r t d e s i m p u r e t é s s o n t c o n c e n t r é e s d a n s d e s p e t i t s amas s i t u é s à l a s u r f a c e du r u b a n de c a r b o n e . Les r é s u l t a t s p a r a c t i v a t i o n n e u t r o n i q u e ( 4 ) m o n t r e n t b i e n q u e l e s i m p u r e t é s s o n t d i s s o u t e s d a n s l e b a i n f o n d u de s i l i c i u m e t i n c o r p o r é e s à l a c o u c h e de s i l i c i u m p o l y c r i s t a l l i n au moment de l a c r o i s s a n c e , même s i u n e f f e t s e n s i b l e de p u r i f i c a t i o n e s t o b s e r v é au f r o n t de c r i s t a l l i s a t i o n . I l a en e f f e t é t é mesuré d e s c o e f f i c i e n t s de p a r t a g e , v a r i a b l e s a v e c l e s i m p u r e t é s , a l l a n t de 0 , 5 à e n t r e l e b a i n f o n d u e t l a c o u c h e p o l y - c r i s t a l l i n e . P a r exemple i l a é t é mesuré d e s c o n c e n t r a t i o n s de chrome de 5 . 1 0 1 5 a t . ~ r n - ~ d a n s l e b a i n e t de 2 . 1 0 1 5 at.cm-"ans l a c o u c h e . L e sodium e s t p r é s e n t à d e s c o n c e n t r a t i o n s de l ' o r d r e de 10" a t . ; ~ m - ~ d a n s l e s i l i c i u m p o l y c r i s t a l l i n .
Les r é s u l t a t s l e s p l u s i n t é r e s s a n t s du p o i n t d e vue d e s é t u d e s de s u r f a c e s o n t p r o b a b l e m e n t l e s d i f f é r e n c e s o b s e r v é e s d a n s l a r é p a r - t i t i o n s p a t i a l e d e s i m p u r e t é s . O n c o n s t a t e en e f f e t que l e s é l é m e n t s m é t a l l i q u e s , l ' é t a i n mis à p a r t , s o n t d i s t r i b u é s d a n s d e s p l a n s s u c - c e s s i f s à p a r t i r d e l a s u r f a c e d a n s 1 ' o r d r e de l e u r d i f f é r e n c e d ' é l e c - t r o n é g a t i v i t é a v e c l ' o x y g è n e . O n p e u t donc s u p p o s e r que l a d i f f u s i o n d e s i m p u r e t é s au moment de l a c r i s t a l l i s a t i o n e s t i n f l u e n c é e p a r l a p r é s e n c e d ' o x y g è n e , l e s i m p u r e t é s a y a n t l a p l u s g r a n d e a f f i n i t é p o u r l ' o x y g è n e s e t r o u v a n t d a n s l e s r é g i o n s où l a c o n c e n t r a t i o n en oxygène e s t l a p l u s f o r t e . E n c e q u i c o n c e r n e l a p r é s e n c e de l ' é t a i n à l a s u r f a c e , on p e u t r e m a r q u e r q u ' i l s ' a g i t d ' u n e i m p u r e t é b i e n connue p o u r s é g r é g e r t r è s f a c i l e m e n t aux j o i n t s de g r a i n e t à l a s u r f a c e d e s m a t é r i a u x ( 6 ) : i l n ' e s t p a s s u r p r e n a n t d ' e n o b s e r v e r d e s q u a n t i t é s c o r r e s p o n d a n t à une f r a c t i o n de monocouche à l a s u r f a c e du s i l i c i u m p o l y c r i s t a l l i n où s e t r o u v e n t l ' a b o u t i s s e m e n t de nombreux p l a n s de m â c l e s e t j o i n t s de g r a i n s .
La s é g r é g a t i o n du sodium à t e m p é r a t u r e o r d i n a i r e p e u t ê t r e e x p l i q u é e p a r l a p e t i t e s s e de son r a y o n i o n i q u e , p a r s o n a f f i n i t é p o u r l ' o x y g è n e e t p e u t - ê t r e a u s s i p a r l a p r é s e n c e d e champs é l e c - t r i q u e s i m p o r t a n t s à l ' i n t e r f a c e o x y d e - s i l i c i u m e t o x y d e - a i r . Une t e l l e m o b i l i t é du sodium a d é j à é t é o b s e r v é e d a n s d e s v e r r e s ( 7 ) . Pour c e q u i e s t d e s i m p u r e t é s p r i n c i p a l e s , nous remarquons que l ' o x y d a t i o n s u p e r f i c i e l l e p e u t ê t r e de deux t y p e s . Dans l e p r e m i e r c a s i l y a c r o i s s a n c e d ' u n e c o u c h e de s i l i c e " t h e r m i q u e " , t r i d i m e n - s i o n n e l l e , p o u v a n t a t t e i n d r e p l u s i e u r s c e n t a i n e s d ' a d ' é p a i s s e u r . C e t t e s i l i c e c r o î t quand l ' o x y d a t i o n e s t p r a t i q u é e à p l u s d e 6 0 O o C ( 8 ) . Ceci s u g g è r e q u e l ' o x y g è n e e s t i n c o r p o r é à l a c o u c h e d e s i l i c i u m l o r s de l a c r o i s s a n c e : i l p e u t p r o v e n i r du r u b a n d e c a r b o n e à t r a v e r s d e s p o r o s i t é s , de r e f o u l e m e n t s d ' a i r l o r s du t i r a g e à t r a v e r s l e c r e u s e t ou de l a d é c o m p o s i t i o n de l ' o x y d e de c a r b o n e du f o u r au c o n t a c t du s i l i c i u m en f u s i o n . E n t o u t é t a t d e c a u s e l a p r é s e n c e d ' u n e t e l l e c o u c h e d e s i l i c e â l a s u r f a c e d e s é c h a n t i l l o n s p e u t ê t r e c o n s i d é r é e comme u n a l é a de f a b r i c a t i o n q u ' i l c o n v i e n t de p o u v o i r c a r a c t é r i s e r . Dans l e s e c o n d c a s , i l n ' y a q u ' u n e f a i b l e c o u c h e de s i l i c e non s t o e - c h i o m é t r i q u e , i n c o m p l è t e m e n t c r i s t a l l i s é e d o n t l a p r é s e n c e e s t n o r m a l e s u r t o u t é c h a n t i l l o n de s i l i c i u m , a u s s i p r o p r e s o i t - i l , p l a c é à 1 ' a i r p e n d a n t q u e l q u e s m i n u t e s .
Au-delà de l a c o u c h e d ' o x y d e s u p e r f i c i e l l e , d a n s l e m a t é r i a u d i t p r o p r e , l ' o x y g è n e e t l e c a r b o n e s o n t p r é s e n t s à d e s c o n c e n t r a t i o n s non n é g l i g e a b l e s . I l e s t d i f f i c i l e de c o m p a r e r l e s c o n c e n t r a t i o n s o b t e n u e s g r â c e aux méthodes d ' a n a l y s e d e s s u r f a c e s a v e c c e l l e s
t r o u v é e s d a n s l e s a n a l y s e s g l o b a l e s p u i s q u ' i l f a u t f a i r e i n t e r v e n i r d a n s l e c a l c u l l e l i b r e p a r c o u r s moyen d e s é l e c t r o n s d a n s l e m a t é r i a u . C e t t e q u a n t i t é n ' e s t p a s t o u j o u r s connue s i m p l e m e n t ; c e p e n d a n t en u t i - l i s a n t d e s é t a l o n s i l a é t é p o s s i b l e de m o o f r e r q u e l e c a r b o n e à l ' é t a t " g r a p h i t i q u e " ( c a r b o n e l i é à d ' a u t r e s a t o m e s de c a r b o n e ) e t 1 'o x y g è n e s e t r o u v e n t à l e u r l i m i t e de s o l u b i l i t é d a n s l e s i l i c i u m . A t i t r e d ' e x e m p l e on s a i t que c e l à r e p r é s e n t e e n v i r o n 2 . 1 0 1 8 a t . ~ m - ~ p o u r l ' o x y g è n e s o i t p l u s de 1000 f o i s l e s c o n c e n t r a t i o n s en i m p u r e t é s m é t a l l i q u e s .
La méthode u t i l i s é e b i e n q u ' a y a n t une r é s o l u t i o n e x t r ê m e m e n t g r a n d e p e r p e n d i c u l a i r e m e n t à l a s u r f a c e ne donne p a s d e s r e n s e i g n e - m e n t s a u s s i bons p o u r l a r é p a r t i t i o n s p a t i a l e d e s i m p u r e t é s d a n s l e p l a n de l a c o u c h e . E n e f f e t l e d i a m è t r e de l a s o n d e e s t de l ' o r d r e de 0 , 5 cm p o u r 1'XPS e t de 0 , 2 mm p o u r 1'AES. Nous ne pouvons donc p a s s a v o i r s i l e s i m p u r e t é s s o n t r é p a r t i e s u n i f o r m é m e n t ou s i e l l e s s o n t c o n c e n t r é e s p r é f é r e n t i e l l e m e n t s o i t au v o i s i n a g e d e s p l a n s de m â c l e s e t d e s j o i n t s de g r a i n s s o i t d a n s d e s p r é c i p i t é s l o c a l i s é s . Pour l e s i m p u r e t é s s é g r é g e a n t à l a surface-même c e t t e d i s t i n c t i o n n ' a pas g r a n d s e n s p u i s q u e l ' o n s a i t que l a s u r f a c e s e c o m p o r t e p r a t i q u e m e n t comme un j o i n t de g r a i n e t que l e s i m p u r e t é s v i e n n e n t y f o r m e r une monocouche ( 6 ) . L o r s q u ' o n va p l u s p r o f o n d é m e n t d a n s l e m a t é r i a u d e s r e n s e i g n e m e n t s s u r l a d i s t r i b u t i o n d e s i m p u r e t é s d a n s l e p l a n s e r a i e n t u t i l e s p o u r c o n n a î t r e l e mécanisme de d i f f u s i o n : s e u l e l a s p e c t r o s - c o p i e Auger a v e c d e s s o n d e s m i c r o s c o p i q u e s e s t en m e s u r e de f o u r n i r une t e l l e a n a l y s e .
I l ne semble donc pas p o s s i b l e p o u r l e moment d ' é l a b o r e r u n mécanisme de l a d i f f u s i o n d e s i m p u r e t é s à l a s u r f a c e l o r s de l a c r o i s -
s a n c e de c o u c h e s d e s i l i c i u m p o l y c r i s t a l l i n s u r s u p p o r t de c a r b o n e . Le phénomène dépend non s e u l e m e n t d e s c o n d i t i o n s t h e r m i q u e s m a i s é g a - l e m e n t du t y p e de j o i n t s de g r a i n s p r é s e n t s e t de l ' i n t e r a c t i o n d e s i m p u r e t é s p r i n c i p a l e s ( e n p a r t i c u l i e r l ' o x y g è n e ) a v e c l e s é l é m e n t s m é t a l l i q u e s .
5 . CONCLUSION
A u c o u r s de l ' é t u d e de s u r f a c e s d ' é c h a n t i l l o n s de s i l i c i u m p o l y c r i s t a l l i n o b t e n u s p a r t i r a g e d ' u n r u b a n de c a r b o n e à t r a v e r s u n b a i n de s i l i c i u m en f u s i o n , nous a v o n s m o n t r é l a p r é s e n c e de t r o i s r é g i o n s d ' a c c u m u l a t i o n d ' i m p u r e t é s . La p r e m i è r e d o n t l ' é p a i s s e u r ne d é p a s s e p a s une ou deux d i z a i n e s d ' a , e s t c o n s t i t u é e p a r l a c o n t a m i n a - t i o n e x t e r n e . Dans c e t t e r é g i o n s e c o n c e n t r e n t a u s s i l e s i m p u r e t é s m é t a l l i q u e s t r è s f o r t e m e n t s é g r é g é e s ( s o d i u m , é t a i n ) . La deuxième r é g i o n p o u v a n t a l l e r d ' u n e c e n t a i n e à p l u s i e u r s c e n t a i n e s d ' a e s t l a r é g i o n o x y d é e . Le d e g r é d ' o x y d a t i o n du s i l i c i u m y e s t v a r i a b l e e t dépend d e s c o n d i t i o n s e x p é r i m e n t a l e s du t i r a g e . Là, nous t r o u v o n s l e c a l c i u m ou l e magnésium comme i m p u r e t é s m é t a l l i q u e s . Au-delà de c e t t e zone oxydée s e t r o u v e l a t r o i s i è m e r é g i o n q u i c o r r e s p o n d au m a t é r i a u de c o e u r ou s i l i c i u m " p r o p r e " . Les c o n c e n t r a t i o n s en oxygène e t en c a r b o n e y a t t e i g n e n t c e p e n d a n t d e s v a l e u r s v o i s i n e s de l a l i m i t e de s o l u b i l i t é de c e s c o r p s d a n s l e s i l i c i u m . I l y a p p a r a î t a u s s i d e s métaux de t r a n s i t i o n ( f e r , c h r o m e ) comme i m p u r e t é s m é t a l l i q u e s .
Nous a v o n s a u s s i t r o u v é une n e t t e c o r r é l a t i o n e n t r e l ' a f f i n i t é de c e s i m p u r e t é s m é t a l l i q u e s p o u r l ' o x y g è n e e t l e u r p o s i t i o n d a n s l e m a t é r i a u . L ' e n r i c h i s s e m e n t de l a zone s u p e r f i c i e l l e d e s c o u c h e s d e s i l i c i u m p o l y c r i s t a l l i n en i m p u r e t é s e s t p e u t - ê t r e u n e f f e t h e u r e u x d a n s l a mesure où une g r a n d e p a r t i e du m a t é r i a u e s t a i n s i p l u s p r o p r e que s i l e s i m p u r e t é s é t a i e n t r é p a r t i e s é g a l e m e n t . Ceci p o u r r a i t e x p l i - q u e r l e s r e n d e m e n t s d é j à s a t i s f a i s a n t s o b t e n u s p a r d e s c e l l u l e s f a i t e s à p a r t i r de c e m a t é r i a u ( 2 ) .
Cl-198 JOURNAL DE PHYSIQUE
REFERENCES
1. BELOUET C . , N o v e l s i l i c o n g r o w t h m e t h o d s , ESC M e e t i n g 80-5,195 2 . TEXIER-HERVO C . , MAUTREF M . , BELOUET C . e t KERRAND E., P r o c . o f
t h e 4 t h EC P h o t o v o l t a T c S o l a r E n e r g y C o n f e r e n c e , S t r e s a , 1 9 8 2 ( s o u s p r e s s e )
3 . HOPKINS R.H.,SEIDENSTICKER R.G., DAVIS J.R., RAI-CHOUDHURY P. e t
B L A I S P.D., J . C r y s t a l G r o w t h ( 1 9 7 7 ) 493
4 . REVEL G . . DESCHAMPS N.. DEVILLE J.P.. TEXIER-HERVO C : e t BELOUET C . P r o c . o f - t h e 4 t h EC ~ h o t o v o l t a ~ c ~ o l a r E n e r g y C o n f e r e n c e , S t r e s a , 1 9 8 2 ( s o u s p r e s s e )
5. CARRIERE B., DEVILLE J . P . , BRION D. e t ESCARD J., J . o f E l e c t r o n S p e c t r o s c . a n d R e l a t e d Phenornena ( 1 9 7 7 ) 8 5
6 . HONDROS E.D. e t SEAH M . , M e t a l l u r g i c a l T r a n s . A 8 ( 1 9 7 7 ) 1363 7 . WHITKOP P.G., S u r f a c e S c i e n c e
110
( 1 9 8 1 ) 2 6 18. CARRIERE B. e t DEVILLE J.P., S u r f a c e S c i e n c e
