Die vorliegende Arbeit behandelt die Züchtung von mikrokristallinem Silicium auf Glas bei niedrigen Temperaturen. Da Glas ein amorphes Material ist, können konventionelle Epitaxietechniken nicht angewendet werden. Im untersuchten Wachstumsprozess werden zunächst Silicium-Saatkristallite durch Anwendung des Vapor-Liquid-Solid Verfahrens abgeschieden. Als Lösungsmittel kommt Indium zum Einsatz. Die so erzeugten Kristallite werden anschließend mittels stationärer Lösungszüchtung vergrößert. Bei der Apparatur handelt es sich um einen Prototypen im Labormaßstab, welcher aus einer vertikalen Anordnung eines Sättigungssubstrates und des Lösungsmittels (Indium) besteht. Ein Temperaturgradient bewirkt gleichzeitig eine ausreichende Übersättigung der Nährlösung sowie konvektiven Stofftransport zum oben befindlichen Züchtungssubstrat. Die chemische Stabilität verschiedener Zwischenschichten wurde durch Berechnungen im ternären Stoffsystem Molybdän, Silicium und Indium betrachtet. Darauf basierend erfolgte die Präparation von MoSi2 auf Glas durch Temperung alternierender Molybdän-Silicium Schichtpakete. Die Stabilität dieser Schichten im Kontakt mit Silicium gesättigter Züchtungslösung konnte experimentell nachgewiesen werden. Die anschließende Untersuchung des Vapor-Liquid-Solid Prozesses auf MoSi2-Schichten zeigte eine signifikante Anhängigkeit von den Parametern der Schichtpräparation sowie der Substrattemperatur während der Lösungsmittelverdampfung. Saatkristallite wurden mittels stationärer Lösungszüchtung ausgewachsen und das gezüchtete Material bezüglich Kristallinität, Orientierung und Reinheit charakterisiert. Zusätzlich standen Untersuchungen zur Morphologie im Vordergrund. Die prinzipielle Anwendbarkeit des Prozesses zur Abscheidung von mikrokristallinem Silicium auf Glas konnte nachgewiesen werden. Allerdings verbleiben Limitierungen bezüglich des erreichbaren Bedeckungsgrades sowie der Größe unter stabilen Bedingungen gewachsener Silicium Kristallite. / This work deals with low-temperature solution growth of micro-crystalline silicon on glass. As glass is an amorphous material, conventional epitaxy is not applicable. Therefore, growth is conducted in a two-step process. The first step aims at the spatial arrangement of silicon seed crystals, which is realized by means of vapor-liquid-solid processing using indium as solvent. Seed crystals are afterwards enlarged by applying a specially developed steady-state solution growth apparatus. This laboratory prototype consists of a vertical stack of a silicon feeding source and the solvent (indium). A temperature gradient between feeding source and growth substrate at the top promotes both, supersaturation and material transport by solvent convection. To ensure thermodynamic stability of all materials involved during steady-state solution growth, the ternary phase equilibrium between molybdenum, indium and silicon at 600°C was considered. Based on the obtained results, the use of molybdenum disilicide as conductive coating material is proposed. MoSi2 thin films on glass are shown to resist solution contact. Subsequent investigation of feasibility of the vapor-liquid-solid mechanism revealed the success of indium microdroplet formation to be determined by both, the multilayer deposition parameters and the substrate temperature during indium deposition. Steady-state solution growth at 610°C was utilized to enlarge silicon seed crystals to diameters of up to 200 micrometer. The grown material has been subject of characterization regarding the crystallinity, orientation and purity. Additionally, morphological anomalies are considered. The feasibility of the process for growth of microcrystalline silicon on glass has been shown in principle. Nevertheless, limitations exist regarding the achievable crystalline solidity ratio and the size of crystallites grown under stable conditions.

Mit der vorliegenden Arbeit wird das Wachstum von polykristallinem Silicium auf Glas bei niedrigen Temperaturen aus metallischen Lösungen in einem Zweistufenprozess untersucht. Im ersten Prozessschritt werden nanokristalline Siliziumschichten (nc-Si) hergestellt, entweder durch die direkte Abscheidung auf geheizten Substraten oder durch als ''Amorphous-Liquid-Crystalline''(ALC)-Umwandlung bezeichnete metall-induzierte Kristallisation. Im zweiten Prozessschritt dienen die Saatschichten als Vorlage für das Wachstum von deutlich größeren Kristalliten durch stationäre Lösungszüchtung. Die ALC-Prozessdauer konnte durch umfassende Parameterstudien signifikant reduziert werden. Die Charakterisierung der durch direkte Abscheidung auf geheizten Substraten entstehenden nc-Si Saatschichten offenbarte, dass es sich dabei um individuelle Saatkörner handelt, die in eine quasi-amorphe Matrix eingebettet sind. Die Oxidation der Saatschichten vor dem zweiten Prozessschritt wurde als ein wesentliches Hindernis für das Wachstum identifiziert. Als erfolgreichste Lösung zur Überwindung dieses Problems hat sich ein anfänglicher Rücklöseschritt erwiesen. Da diese Methode jedoch schwierig zu kontrollieren ist, wurde ein UV-Laser-System entwickelt und installiert. Erste Resultate zeigen epitaktisches Wachstum an den Stellen, an denen das Oxid entfernt wurde. Bei der Lösungszüchtung auf ALC-Schichten beginnt das Wachstum an einigen größeren Saatkristallen, von wo aus umliegende Gebiete lateral überwachsen werden. Obwohl Kristallitgrößen bis zu 50 Mikrometern erreicht wurden, war es noch nicht möglich, geschlossene Schichten zu erzielen. Durch Lösungszüchtung auf nc-Si Saatschichten hingegen konnte dieses Ziel erreicht werden. Geschlossene, polykristalline Si-Schichten wurden erzeugt, auf denen alle Si-Kristallite miteinander verbunden sind. Neben den Wachstumsexperimenten wurden 3D-Simulationen durchgeführt, in denen u.a. unterschiedliche Heizerkonfigurationen simuliert wurden. / The subject of this thesis is the investigation of the growth of polycrystalline silicon on glass at low temperatures from metallic solutions in a two-step growth process. In the first process step, nanocrystalline Si (nc-Si) films are formed either by direct deposition on heated substrates, or by a metal-induced crystallization process, referred to as amorphous-liquid-crystalline (ALC) transition. In the second process step, these seed layers serve as templates for the growth of significantly larger Si crystallites by means of steady-state solution growth. Extensive parameter studies for the ALC process helped to bring down the process duration significantly. Characterization of the nc-Si seed layers, formed by direct deposition on heated substrates, showed that the layer is composed of individual seeds, embedded in a quasi-amorphous matrix. The oxidation of the seed layers prior to the second process step was found to be a major obstacle. The most successful solution has been an initial melt-back step. As the process is hard to control, though, a UV laser system has been developed and installed. First promising results show unobstructed epitaxial growth where the oxide has been removed. Steady-state solution growth on ALC seed layers was found to start from a few larger seed crystals, and then cover the surrounding areas by lateral overgrowth. Although crystallites with sizes of up to 50 micrometers were obtained, it was not yet possible to achieve full surface coverage with a continuous layer. By solution growth on nc-Si seed layers, however, it was eventually possible to achieve this goal. Continuous, polycrystalline Si layers were grown, on which all Si crystallites are interlocked. The growth experiments were accompanied by 3D simulations, in which e.g. different heater configurations have been simulated.