Роль олова у формуванні мікро- і наноструктури поверхні шаруватих плівок Si–Sn–Si
The methods of Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, and X-ray fluorescence microanalysis are used to study the influence of tin on the shape and sizes of micro- and nano-structures arising on the surface of layered Si–Sn–Si films, as well as on the formation of...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
Publishing house "Academperiodika"
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2022602 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Journal of Physics |
Репозитарії
Ukrainian Journal of Physics| id |
ujp2-article-2022602 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Ukrainian Journal of Physics |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| topic |
amorphous silicon tin thin films surface structure nanocrystals thermal vacuum sputtering аморфний кремнiй олово тонкi плiвки структура поверхнi нанокристали термiчне вакуумне напилення |
| spellingShingle |
amorphous silicon tin thin films surface structure nanocrystals thermal vacuum sputtering аморфний кремнiй олово тонкi плiвки структура поверхнi нанокристали термiчне вакуумне напилення Neimash, V.B. Shepelyavyi, P.E. Nikolenko, A.S. Strelchuk, V.V. Chegel, V.I. Olkhovyk, I.V. Voronov, S.O. Роль олова у формуванні мікро- і наноструктури поверхні шаруватих плівок Si–Sn–Si |
| topic_facet |
amorphous silicon tin thin films surface structure nanocrystals thermal vacuum sputtering аморфний кремнiй олово тонкi плiвки структура поверхнi нанокристали термiчне вакуумне напилення |
| format |
Article |
| author |
Neimash, V.B. Shepelyavyi, P.E. Nikolenko, A.S. Strelchuk, V.V. Chegel, V.I. Olkhovyk, I.V. Voronov, S.O. |
| author_facet |
Neimash, V.B. Shepelyavyi, P.E. Nikolenko, A.S. Strelchuk, V.V. Chegel, V.I. Olkhovyk, I.V. Voronov, S.O. |
| author_sort |
Neimash, V.B. |
| title |
Роль олова у формуванні мікро- і наноструктури поверхні шаруватих плівок Si–Sn–Si |
| title_short |
Роль олова у формуванні мікро- і наноструктури поверхні шаруватих плівок Si–Sn–Si |
| title_full |
Роль олова у формуванні мікро- і наноструктури поверхні шаруватих плівок Si–Sn–Si |
| title_fullStr |
Роль олова у формуванні мікро- і наноструктури поверхні шаруватих плівок Si–Sn–Si |
| title_full_unstemmed |
Роль олова у формуванні мікро- і наноструктури поверхні шаруватих плівок Si–Sn–Si |
| title_sort |
роль олова у формуванні мікро- і наноструктури поверхні шаруватих плівок si–sn–si |
| title_alt |
The Role of tin in the Formation of Micro- and Nano-Structured Surfaces of Layered Si–Sn–Si Films |
| description |
The methods of Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, and X-ray fluorescence microanalysis are used to study the influence of tin on the shape and sizes of micro- and nano-structures arising on the surface of layered Si–Sn–Si films, as well as on the formation of Si nanocrystals in them during the tin-induced crystallization of amorphous silicon. In this work, the problems dealing with the experimental evaluation of the formation efficiency of Si nanocrystals in Si–Sn–Si films, the determination of the forms and scales of the film surface roughness, and the micro-distribution of impurities over the film surface and across the film thickness are tackled. The possibility of the formation of Si nanocrystals a few nanometers in size over most of the Si–Sn–Si film volume is experimentally confirmed. It is established for the first time that, during the production of such films using the thermal vacuum sputtering method, the thickness of a tin layer and its ratio to the thickness of silicon layers determine the shape and scale of the periodic surface relief structuring, which is important for the production of electronic devices. Quasi-spherical formations from 20 nm to 2–3 μm in diameter turned out to be the main element of the film surface relief structuring. The surface roughness induced by them can vary from a few nanometers to several tens of nanometers, depending on the layer deposition conditions. The shape of surface formations can change from cluster-like dendrites of the fractal type to convex ellipsoids and polygons. It is shown that the primary structuring occurs as the formation of a layer of hemispherical tin microdroplets already in the course of tin deposition. The secondary structuring occurs at the stage, when the second layer of silicon is deposited onto the layer of tin hemispheres. At this stage, a layer of the amorphous semiconductor is formed on the surface of the liquid metal, and this phenomenon is studied for the first time. The so-obtained amorphous silicon has a porous structure and consists of cluster-like dendrites of the fractal type about hundreds of nanometers in scale. The smallest dendrite elements also have a quasi-spherical shape 20–50 nm in diameter. Possible applications of the obtained results are discussed. |
| publisher |
Publishing house "Academperiodika" |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2022602 |
| work_keys_str_mv |
AT neimashvb theroleoftinintheformationofmicroandnanostructuredsurfacesoflayeredsisnsifilms AT shepelyavyipe theroleoftinintheformationofmicroandnanostructuredsurfacesoflayeredsisnsifilms AT nikolenkoas theroleoftinintheformationofmicroandnanostructuredsurfacesoflayeredsisnsifilms AT strelchukvv theroleoftinintheformationofmicroandnanostructuredsurfacesoflayeredsisnsifilms AT chegelvi theroleoftinintheformationofmicroandnanostructuredsurfacesoflayeredsisnsifilms AT olkhovykiv theroleoftinintheformationofmicroandnanostructuredsurfacesoflayeredsisnsifilms AT voronovso theroleoftinintheformationofmicroandnanostructuredsurfacesoflayeredsisnsifilms AT neimashvb rolʹolovauformuvannímíkroínanostrukturipoverhníšaruvatihplívoksisnsi AT shepelyavyipe rolʹolovauformuvannímíkroínanostrukturipoverhníšaruvatihplívoksisnsi AT nikolenkoas rolʹolovauformuvannímíkroínanostrukturipoverhníšaruvatihplívoksisnsi AT strelchukvv rolʹolovauformuvannímíkroínanostrukturipoverhníšaruvatihplívoksisnsi AT chegelvi rolʹolovauformuvannímíkroínanostrukturipoverhníšaruvatihplívoksisnsi AT olkhovykiv rolʹolovauformuvannímíkroínanostrukturipoverhníšaruvatihplívoksisnsi AT voronovso rolʹolovauformuvannímíkroínanostrukturipoverhníšaruvatihplívoksisnsi AT neimashvb roleoftinintheformationofmicroandnanostructuredsurfacesoflayeredsisnsifilms AT shepelyavyipe roleoftinintheformationofmicroandnanostructuredsurfacesoflayeredsisnsifilms AT nikolenkoas roleoftinintheformationofmicroandnanostructuredsurfacesoflayeredsisnsifilms AT strelchukvv roleoftinintheformationofmicroandnanostructuredsurfacesoflayeredsisnsifilms AT chegelvi roleoftinintheformationofmicroandnanostructuredsurfacesoflayeredsisnsifilms AT olkhovykiv roleoftinintheformationofmicroandnanostructuredsurfacesoflayeredsisnsifilms AT voronovso roleoftinintheformationofmicroandnanostructuredsurfacesoflayeredsisnsifilms |
| first_indexed |
2023-10-18T23:28:01Z |
| last_indexed |
2023-10-18T23:28:01Z |
| _version_ |
1795757767725678592 |
| spelling |
ujp2-article-20226022023-06-14T19:08:59Z The Role of tin in the Formation of Micro- and Nano-Structured Surfaces of Layered Si–Sn–Si Films Роль олова у формуванні мікро- і наноструктури поверхні шаруватих плівок Si–Sn–Si Neimash, V.B. Shepelyavyi, P.E. Nikolenko, A.S. Strelchuk, V.V. Chegel, V.I. Olkhovyk, I.V. Voronov, S.O. amorphous silicon tin thin films surface structure nanocrystals thermal vacuum sputtering аморфний кремнiй олово тонкi плiвки структура поверхнi нанокристали термiчне вакуумне напилення The methods of Raman spectroscopy, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, and X-ray fluorescence microanalysis are used to study the influence of tin on the shape and sizes of micro- and nano-structures arising on the surface of layered Si–Sn–Si films, as well as on the formation of Si nanocrystals in them during the tin-induced crystallization of amorphous silicon. In this work, the problems dealing with the experimental evaluation of the formation efficiency of Si nanocrystals in Si–Sn–Si films, the determination of the forms and scales of the film surface roughness, and the micro-distribution of impurities over the film surface and across the film thickness are tackled. The possibility of the formation of Si nanocrystals a few nanometers in size over most of the Si–Sn–Si film volume is experimentally confirmed. It is established for the first time that, during the production of such films using the thermal vacuum sputtering method, the thickness of a tin layer and its ratio to the thickness of silicon layers determine the shape and scale of the periodic surface relief structuring, which is important for the production of electronic devices. Quasi-spherical formations from 20 nm to 2–3 μm in diameter turned out to be the main element of the film surface relief structuring. The surface roughness induced by them can vary from a few nanometers to several tens of nanometers, depending on the layer deposition conditions. The shape of surface formations can change from cluster-like dendrites of the fractal type to convex ellipsoids and polygons. It is shown that the primary structuring occurs as the formation of a layer of hemispherical tin microdroplets already in the course of tin deposition. The secondary structuring occurs at the stage, when the second layer of silicon is deposited onto the layer of tin hemispheres. At this stage, a layer of the amorphous semiconductor is formed on the surface of the liquid metal, and this phenomenon is studied for the first time. The so-obtained amorphous silicon has a porous structure and consists of cluster-like dendrites of the fractal type about hundreds of nanometers in scale. The smallest dendrite elements also have a quasi-spherical shape 20–50 nm in diameter. Possible applications of the obtained results are discussed. Методи Раманiвської спектроскопiї, растрової електронної мiкроскопiї, атомно-силової мiкроскопiї i рентґено-флуоресцентного мiкроаналiзу застосованi з метою дослiдження впливу олова на форму i розмiри мiкро- та наноструктури поверхнi шаруватих плiвок Si–Sn–Si, а також на утворення в них нанокристалiв Si пiд час iндукованої оловом кристалiзацiї аморфного кремнiю. В данiй роботi вирiшувалися задачi експериментальної оцiнки ефективностi формування нанокристалiв Si в плiвках Si–Sn–Si, а також визначення форм i масштабiв шорсткостi поверхнi плiвок, мiкророзподiлу домiшок по їх площi i перерiзу. Експериментально пiдтверджено можливiсть формування нанокристалiв Si масштабу одиниць нанометрiв в бiльшiй частинi об’єму плiвок Si–Sn–Si. Вперше встановлено, що при виготовленнi таких плiвок методом термiчного вакуумного напилення товщина шару олова та її спiввiдношення з шарами кремнiю визначають форму i масштаб перiодичної структуризацiї рельєфу поверхнi, яка важлива для виготовлення реальних електронних приладiв. Головним елементом структурування рельєфу поверхнi плiвок виявилися квазисферичнi утворення дiаметром вiд 20 нм до 2–3 мкм. Зумовлена ними шорсткiсть поверхнi змiнюється в дiапазонi вiд одиниць до кiлькох десяткiв нанометрiв залежно вiд умов осадження шарiв. Форма поверхневих утворень змiнюється вiд гроно-подiбних дендритiв фрактального типу до опуклих елiпсоїдiв i багатокутникiв. Показано, що первинне структурування вiдбувається у виглядi утворення шару пiвсферичних мiкрокрапель олова вже у процесi його осадження. Вторинне структурування вiдбувається на етапi осадження другого шару кремнiю на шар олов’яних пiвсфер. На цьому етапi вiдбувається формування шару аморфного напiвпровiдника на поверхнi рiдинного металу, що дослiджувалось вперше. Отриманий таким чином аморфний кремнiй має порувату структуру, що складається з гроно-подiбних дендритiв фрактального типу масштабу сотень нанометрiв. Найменшi елементи дендритiв теж мають квазисферичну форму дiаметром 20–50 нм. Отриманi результати обговоренi з точки зору можливих застосувань. Publishing house "Academperiodika" 2023-06-14 Article Article Original Research Article (peer-reviewed) Оригінальна дослідницька стаття (з незалежним рецензуванням) application/pdf application/pdf https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2022602 10.15407/ujpe68.4.284 Ukrainian Journal of Physics; Vol. 68 No. 4 (2023); 284 Український фізичний журнал; Том 68 № 4 (2023); 284 2071-0194 2071-0186 10.15407/ujpe68.4 en uk https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2022602/2980 https://ujp.bitp.kiev.ua/index.php/ujp/article/view/2022602/2981 Copyright (c) 2023 Bogolyubov Institute for Theoretical Physics, National Academy of Sciences of Ukraine |