Влияние изгиба на структурные свойства плёнок кристаллизованного кремния на гибких подложках

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В работе представлены результаты по изучению влияния изгиба на структурные свойства пленок кристаллического кремния на гибкой подложке. Кристаллизация аморфных пленок производилась воздействием на них лазерного излучения. Исследуемые образцы состоят из слоя кремния толщиной 1 мкм, нанесенного на полиимид, и слоя олова толщиной 40 нм, нанесенного поверх слоя кремния. Пленки кремния и олова были нанесены методом магнетронного напыления. Напыление кремния производилось в двух режимах: режиме постоянного и импульсного напряжения. Кристаллизация проводилась методом металл-индуцированной лазер-стимулированной кристаллизации. С помощью метода комбинационного рассеяния света (КРС) была изучена структура кремния после воздействия лазера для оценки степени кристаллизации. Измерения проводились для прямой и деформированной под углом 40° полиимидной подложки, что позволило выявить различный механизм распределения механических напряжений в кремниевых плёнках с различным содержанием аморфной фазы. Установлено, что при содержании аморфной фазы в кристаллизованной плёнке на уровне 46% не происходит сдвига пика КРС при её изгибе, а в случае пониженного до 33% содержания аморфной фазы сдвиг пика КРС при изгибе кристаллизованной плёнки наблюдается. Предложено следующее объяснение полученных результатов. При высоком содержании аморфной фазы изгиб приводит к деформации аморфных участков, в то время как кристаллические области остаются практически не деформированными. В плёнках с меньшим содержанием аморфной фазы возникающие при изгибе деформации распространяются и на кристаллическую составляющую, приводя к возникновению в ней механических напряжений, которые выражаются в сдвиге пика КРС на изогнутой плёнке.

Об авторах

Алексей Александрович Сердобинцев

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0003-3281-8352
Scopus Author ID: 7801334782
ResearcherId: D-9413-2013
410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Сергей Борисович Вениг

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0002-4759-5828
410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Александр Валерьевич Козловский

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0002-3612-9776
410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Лариса Дмитриевна Волковойнова

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0001-6780-9865
410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Список литературы

  1. Sabatino M. D., Hendawi R., Garcia A. S. Silicon Solar Cells: Trends, Manufacturing Challenges, and AI Perspectives. Crystals, 2024, vol. 14, iss. 2, article no. 167. https://doi.org/10.3390/cryst14020167
  2. Lovett A. J., Daramalla V., Nayak D., Sayed F. N., Mahadevegowda A., Ducati C., Spencer B. F., Dutton S. E., Grey C. P., MacManus-Driscoll J. L. 3D Nanocomposite Thin Film Cathodes for Micro-Batteries with Enhanced High-Rate Electrochemical Performance over Planar Films. Advanced Energy Materials, 2023, vol. 13, iss. 38, article no. 2302053. https://doi.org/10.1002/aenm.202302053
  3. Feng L., Song S., Li H., He R., Chen S., Wang J., Zhao G., Zhao X. Nano-Biosensors Based on Noble Metal and Semiconductor Materials: Emerging Trends and Future Prospects. Metals, 2023, vol. 13, iss. 4, article no. 792. https://doi.org/10.3390/met13040792
  4. Sreejith S., Ajayan J., Kollem S., Sivasankari B. A Comprehensive Review on Thin Film Amorphous Silicon Solar Cells. Silicon, 2022, vol. 14, pp. 8277–8293. https://doi.org/10.1007/s12633-021-01644-w
  5. Kang H. Crystalline Silicon vs. Amorphous Silicon: The Significance of Structural Differences in Photovoltaic Applications. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci., 2021, vol. 726, article no. 012001. https://doi.org/10.1088/1755-1315/726/1/012001
  6. Dong X., Chen L., Su X., Wang Y., Xia Y. Flexible aqueous lithium-ion battery with high safety and large volumetric energy density. Angew Chem. Int. Ed. Engl., 2016, vol. 55, pp. 7474–7477. https://doi.org/10.1002/anie.201602766
  7. Cao Y., Zhang G., Zhang Y., Yue M., Chen Y., Cai S., Xie T., Feng X. Direct fabrication of stretchable electronics on a polymer substrate with process-integrated programmable rigidity. Adv. Funct. Mater., 2018, vol. 28, pp. 7474–7477. https://doi.org/10.1002/adfm.201804604
  8. Chortos A., Liu J., Bao Z. Pursuing prosthetic electronic skin. Nat. Mater., 2016, vol. 15, pp. 937–950. https://doi.org/10.1038/nmat4671
  9. Serdobintsev A. A., Kozhevnikov I. O., Starodubov A. V., Ryabukho P. V., Galushka V. V., Pavlov A. M. Thin amorphous silicon films crystallization upon flexible substrates. Phys. Status Solidi A, 2019, vol. 216, iss. 11, pp. 201–207. https://doi.org/10.1002/pssa.201800964
  10. Serdobintsev A. A., Kartashova A. M., Demina P. A., Volkovojnova L. D., Kozhevnikov I. O., Galushka V. V. Laser-stimulated metal-induced crystallization of silicon coatings on film and nanofiber polymer substrates. Technical Physics, 2024, vol. 69, iss. 3, pp. 469–477.
  11. Samohvalov F. A., Smirnov N. I., Rodionov A. A., Zamchij A. O., Baranov E. A., Shuhov Ju. G., Fedotov A. S., Starinskij S. V. Au-induced crystallization of non-stoichiometric amorphous silicon oxide initiated by nanosecond laser pulses. Thermophysics and Aeromechanics, 2023, no. 2, pp. 381–385 (in Russian).
  12. Vogt M. R. Development of physical models for the simulation of optical properties of solar cell modules. Hanover, Gottfried Wilhelm Leibniz University of Hanover, 2015. 154 p.
  13. Golovashkin A. I., Motulevich G. P. Optical and electrical properties of tin. Sov. Phys. JETP, 1964, vol. 19, pp. 310–317.
  14. French R. H., Rodríguez-Parada J. M., Yang M. K., Derryberry R. A., Lemon M. F., Brown M. J., Haeger C. R., Samuels S. L., Romano E. C., Richardson R. E. Optical properties of materials for concentrator photovoltaic systems. 34th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 2009, vol. 34, pp. 000394–000399. https://doi.org/10.1109/PVSC.2009.5411657
  15. Volkovoynova L. D., Kozhevnikov I. O., Pavlov A. M., Serdobintsev A. A., Starodubov A. V. Heat transfer estimation during laser-assisted metal-induced crystallization of amorphous silicon films. Proceedings of 8th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE–2022), 2022, vol. 8, pp. 916–920. https://doi.org/10.56761/EFRE2022.C3-P-005701
  16. Terekhov V. A., Terukov E. I., Undalov Y. K., Barkov K. A., Kurilo N. A., Ivkov S. A., Nesterov D. N., Seredin P. V., Goloshchapov D. L., Minakov D. A., Popova E. V., Lukin A. N., Trapeznikova I. N. Effect of Plasma Oxygen Content on the Size and Content of Silicon Nanoclusters in Amorphous SiOx Films Obtained with Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition. Symmetry, 2023, vol. 15, iss. 9, article no. 1800. https://doi.org/10.3390/sym15091800
  17. Reindl A., Aldabergenova S., Altin E., Frank G., Peukert W. Dispersing silicon nanoparticles in a stirred media mill – investigating the evolution of morphology, structure and oxide formation. Phys. Status Solidi A, 2007, vol. 204, iss. 7, pp. 2329–2338. https://doi.org/10.1002/pssa.200622557
  18. Volodin V. A., Sachkov V. A. Improved model of optical phonon confinement in silicon nanocrystals. Solids and Liquids, 2013, vol. 116, pp. 87–94. https://doi.org/10.7868/S0044451013010100
  19. McCarthy J., Perova T. S., Moore R. A., Bhattacharya S., Gamble H., Armstrong B. M. Composition and stress analysis in Si structures using micro-raman spectroscopy. Scanning, 2004, vol. 26, iss. 5, pp. 235–239 https://doi.org/10.1002/sca.4950260504
  20. Zhigunov D. M., Kamaev G. N., Kashkarov P. K., Volodin V. A. On Raman scattering cross section ratio of crystalline and microcrystalline to amorphous. Appl. Phys. Lett, 2018, vol. 113, iss. 5, article no. 023101. https://doi.org/10.1063/1.5037008
  21. Serdobintsev A. A., Veselov A. G., Kiryasova O. A., Portnov S. A., Bratashov D. N. Low-temperature plasma pulsed deposition of thin films with nanoscale periodicity of properties. Semiconductors, 2009, vol. 43, iss. 6, pp. 828–831. https://doi.org/10.1134/S106378260906027X
  22. Li X., Jin S., Zhang R., Gao Y., Liu Z., Yao Y., Wang Y., Wang X., Zhang Y., Tao X. The resolution and repeatability of stress measurement by Raman and EBSD in silicon. Vacuum, 2022, vol. 203, article no. 111276. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2022.111276
  23. Pogue V., Melkote S. N., Danyluk S. Residual stresses in multi-crystalline silicon photovoltaic wafers due to casting and wire sawing. Materials Science in Semiconductor Processing, 2018, vol. 75, pp. 173–182. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2017.11.009
  24. Lengsfeld P., Nickel N. H., Genzel C., Fuhs W. Stress in undoped and doped laser crystallized poly-Si. Journal of Applied Physics, 2022, vol. 91, iss. 11, pp. 9128–9135. https://doi.org/10.1063/1.1476083

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах