Для цитирования:
Сердобинцев А. А., Вениг С. Б., Козловский А. В., Волковойнова Л. Д. Влияние изгиба на структурные свойства плёнок кристаллизованного кремния на гибких подложках // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2024. Т. 24, вып. 3. С. 290-296. DOI: 10.18500/1817-3020-2024-24-3-290-296, EDN: YMZNEU
Влияние изгиба на структурные свойства плёнок кристаллизованного кремния на гибких подложках
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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Chortos A., Liu J., Bao Z. Pursuing prosthetic electronic skin. Nat. Mater., 2016, vol. 15, pp. 937–950. https://doi.org/10.1038/nmat4671
- 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
- 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.
- 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).
- 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.
- Golovashkin A. I., Motulevich G. P. Optical and electrical properties of tin. Sov. Phys. JETP, 1964, vol. 19, pp. 310–317.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 241 просмотр