Phenomenological Theory of Explosive Solid Phase Crystallization of Amorphous Silicon. II. Dynamical Processes

Abstract

The autocatalytic or “explosive” solid-phase crystallization is due to the feed back of the liberated latent heat to the kinetics of the phase transition. The dynamics of the explosive solid-phase nucleation (ESPN) is studied by use of a model containing phenomenologically the coupling between matter and energy transport in crystallizing amorphous layers of silicon on insulators. The effect of lateral moving explosive crystallization fronts (wave front solution) discussed in part I of this paper is investigated by solving the coupled reaction-diffusion equations numerically. The evolution of the wave fronts (ignition and dying out) is discussed in dependence on the conditions of the initial temperature distribution, the heat losses and the competitive nucleation processes in the layer. Optimum conditions of ignition and spreading are found. Die autokatalytische oder „explosive”︁ Festphasenkristallisation ist zurückzuführen auf die Rückkopplung freigesetzter latenter Wärme des Phasenübergangs auf dessen Kinetik. Die Dynamik der explosiven Festphasennukleation (ESPN) wird unter Verwendung eines Modells, das die Kopplung zwischen Masse- und Energietransport in kristallisierenden amorphen Siliziumschichten phänomenologisch enthält, untersucht. Der Effekt sich lateral ausbreitender explosiver Kristalli-sationsfronten, der im Teil I dieser Arbeit erörtert wurde, erfährt eine voll zeitabhängige Behandlung durch numerische Lösung der gekoppelten Reaktions-Diffusionsgleichungen. Die Entwicklung der Wellenfronten (Zündung und Verlöschen) wird in Abhängigkeit von den Bedingungen der Anfangstemperaturverteilung, den Wärmeverlusten und der Konkurrenznukleation in der Schicht diskutiert. Optimale Zünd- und Ausbreitungsbedingungen werden gefunden.