Crystallization of hydrogenated amorphous silicon films by exposure to femtosecond pulsed laser radiation

Володин, В. А.; Kachko, Alexandr

doi:10.1134/s1063782611020254

Cited by 17 publications

(9 citation statements)

References 10 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…The demand for higher performance thin‐film solar cells and thin‐film transistors has fueled extensive research into the development of amorphous silicon (a‐Si) thin film with higher carrier mobility. As we know that crystallization of a‐Si thin films is a feasible method to reduce light‐induced degradation (Staebler–Wronski effect) and to improve carrier mobility of a‐Si thin films, which can be realized by several methods including thermal annealing, metal‐induced crystallizing, and laser annealing . Among these methods, femtosecond (Fs) laser irradiation has been paid much attention due to its unique advantages as nonthermal effect, fine control of nanocrystal (NC) size, and ability to maintain the initial stoichiometry and structure of the treated materials, as well as being able of carried out easily under various conditions as in vacuum, in gas, and in liquid environments .…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Inhomogeneous crystallization of a‐Si thin films irradiated by femtosecond laser

Ilyas

Song

et al. 2019

J Raman Spectroscopy

View full text Add to dashboard Cite

Recently, we have carried out a detailed Raman analysis to investigate the inhomogeneous crystallization of a-Si thin films irradiated by femtosecond (Fs) laser. As expected, there are many etched spots overlapping each other, which features the surface morphology of the irradiated films. It is observed clearly that there has generated an inhomogeneous crystallization inside a-Si thin film induced by Fs laser, and the crystalline volume fraction in one irradiated spot varies depending on different areas from the center to the edge. It is hard to observe any crystallization at the spot center where maximum energy of Fs laser is injected; however, there is an increasing crystalline volume fraction when the site varies from the center to the edge of the irradiated spot.More importantly, as the site varies from the center to the edge, the TO mode of Si nanocrystals (NCs; first-order Si-Si peak at~520.5 cm −1 ) is asymmetrically broadened towards the low wavenumber and exhibits a dip on the high wavenumber. A model has been proposed to explain this inhomogeneous crystallization inside the a-Si thin films induced by Fs laser, and both phonon confinement model and Fano model have been employed to discuss the origin of asymmetric line shapes of TO mode of Si NCs, and we prefer to attribute the asymmetry of TO mode to Fano effect. Our present research results provide a deep insight into the origin of asymmetric broadening for the Raman TO mode of Si NCs inside a-Si thin films irradiated by Fs laser.KEYWORDS a-Si thin film, asymmetric TO mode, femtosecond laser, inhomogeneous crystallization

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Inhomogeneous crystallization of a‐Si thin films irradiated by femtosecond laser

Ilyas

Song

et al. 2019

J Raman Spectroscopy

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…The latter band survives in further measurements carried out at the lower irradiation power a lot of researchers [24][25][26][27][28][29]. It is agreed that, after a local heating of a-Si by a laser beam to temperatures higher than 1000 ∘ C [24][25][26] or the so-called "cold melting" of Si under the influence of short, but powerful laser pulses (10 11 ÷10 12 W/cm 2 ) [27][28][29], a thermally induced crystallization takes place. However, in our case, the power of a laser beam was insufficient for the thermal crystallization.…”

Section: Results and Their Discussionmentioning

confidence: 88%

“…At the same time, in the spectra for region A (above the layer of metallic tin), besides the band of amorphous silicon state at 2 = 0.5 0 , there arises and grows, at 3 = 0 , an additional narrow band in the interval 490-500 cm −1 , which corresponds to the nanocrystalline phase of silicon [22,23]. The latter band survives in further measurements carried out at the lower irradiation power a lot of researchers [24][25][26][27][28][29]. It is agreed that, after a local heating of a-Si by a laser beam to temperatures higher than 1000 ∘ C [24][25][26] or the so-called "cold melting" of Si under the influence of short, but powerful laser pulses (10 11 ÷10 12 W/cm 2 ) [27][28][29], a thermally induced crystallization takes place.…”

Section: Results and Their Discussionmentioning

confidence: 99%

Raman Scattering in the Process of Tin-Induced Crystallization of Amorphous Silicon

et al. 2016

View full text Add to dashboard Cite

Metal-induced crystallization in Si-Sn-Si thin film structures has been studied, by using the Raman scattering at various light powers. The Raman spectra are used to monitor the temperature, size, and concentration of Si crystals formed in the amorphous Si matrix. A significant acceleration of the metal-induced crystallization in Si-Sn-Si structures at their laser-assisted annealing in comparison with their annealing in dark is revealed. A basic possibility of the "on line" monitoring of the size and the concentration of Si nanocrystals in the course of their formation is demonstrated. K e y w o r d s: solar cell, thin films, nanocrystals, silicon, tin, metal-induced crystallization.

show abstract

“…Вместе с тем, для объемных фаз и тонких пленок известны и альтернативные способы кристаллизации. Так, в экспериментальных работах [16,17] кристаллизация аморфных пленок кремния [16], а также наночастиц кремния в матрице [17] Чистый кремний обладает низкой собственной проводимостью. Однако легирование, практически не изменяющее химический состав наночастиц и закономерности рассмотренных выше фазовых переходов, может существенно увеличивать проводимость.…”

unclassified

On the prospect of creating memory elements based on silicon nanoparticles

Talyzin

Samsonov

2019

Izv. vysš. učebn. zaved., Mater. èlektron. teh.

View full text Add to dashboard Cite

О перспективе создания элементов памяти на основе наночастиц кремния © 2019 г. И. В. Талызин § , В. М. Самсонов Тверской государственный университет, ул. Желябова, д. 33, Тверь, 170100, Россия Аннотация. Память, связанная с изменением фазового состояния (phase-change memory), основана на изменении оптических, электрических или иных свойств вещества при фазовом переходе, например переходе из аморфного состояния в кристаллическое. На сегодняшний день уже реализованные и потенциальные применения такой памяти связаны в первую очередь с использованием многокомпонентных сплавов на основе химических элементов, относящихся к металлам и полупроводникам. Однако однокомпонентные наночастицы, включая наночастицы Si, также представляют интерес в качестве перспективных наноразмерных элементов памяти. В частности, возможность создания таких элементов памяти подтверждается тем, что у объемной фазы аморфного кремния значение коэффициента оптического поглощения на порядок больше, чем у кристаллического. Разумеется, этот эффект затруднительно реализовать для отдельной наночастицы, размер которой не превышает длину волны света. В данной работе с использованием молекулярной динамики (МД) и потенциала Стиллинджера-Вебера исследованы закономерности плавления и условия кристаллизации наночастиц кремния, содержащих до 10 5 атомов. Показано, что при охлаждении нанокапель кремния со скоростью 0,2 ТК/с и выше имеет место их переход в аморфное состояние, тогда как однокомпонентные металлические нанокапли кристаллизуются в МД−экспериментах даже при скоростях охлаждения 1 ТК/с. При последующем нагреве аморфных наночастиц кремния, содержащих более 5 · 10 4 атомов, происходит их кристаллизация в определенном температурном интервале от 1300 до 1400 К. Сделан вывод о принципиальной возможности создания элементов памяти, основанных на данных фазовых переходах. Переход наночастицы в аморфное состояние достигается путем ее плавления и последующего охлаждения до комнатной температуры со скоростью 0,2 ТК/с, а переключение в кристаллическое состояние -путем ее нагрева до 1300-1400 К со скоростью 0,2 ТК/с и последующего охлаждения. На основе результатов МД−экспериментов сделан вывод о существовании минимального размера наночастиц кремния, ниже которого при заданной скорости изменения температуры создание элементов памяти, основанных на изменении фазового состояния, становится принципиально невозможным. Установлено, что для скорости изменения температуры 0,2 ТК/с такой минимальный размер составляет 12,4 нм (число атомов -порядка 5 · 10 4 атомов). Ключевые слова: молекулярная динамика, потенциал Стиллинджера-Вебера, наночастицы кремния, элементы памяти на основе фазового перехода НАНОМАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ NANOMATERIALS AND NANOTECHNOLOGY Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2019. Т. 22, № 2. C.84-91. Введение Кристаллический и аморфный кремний являются основными материалами современной электроники, и переход от объемных фаз к наноразмерным объектам существенно расширяет перспективы применения кремния в электронике [1]. ...

show abstract

Crystallization of hydrogenated amorphous silicon films by exposure to femtosecond pulsed laser radiation

Cited by 17 publications

References 10 publications

Inhomogeneous crystallization of a‐Si thin films irradiated by femtosecond laser

Inhomogeneous crystallization of a‐Si thin films irradiated by femtosecond laser

Raman Scattering in the Process of Tin-Induced Crystallization of Amorphous Silicon

On the prospect of creating memory elements based on silicon nanoparticles

Contact Info

Product

Resources

About