Vol. 50 (2014), Issue 6, p. 44-50

Understanding the Evolution of the Pop-out Effect in Si-based Structures for Photovoltaics

Harea E.E., Aifantis K.E.

Abstract

УДК 538.9:539.2/.6:548.1

 

The most interesting phenomenon observed during nanoindentation of Si is the strain burst which occurs during unloading. This feature is referred to as a “pop-out” effect, and it is linked to the phase transformation that occurs underneath the indenter at high stresses. One of the peculiarities of this effect is the observed linear dependence between the depth at which the “pop-out” effect occurs and the maximum penetration depth. By performing a systematic study on the doped Si as well as on photovoltaic structures such as ITO/Si and SnO2/Si, it is shown that this linearity holds for different unloading rates, which strongly affects the “pop-out” appearance and contact pressure. Furthermore, it is illustrated that that phase transformation in the doped Si is delayed when it is coated with a thin film due to the tension preservation in the imprint under the film coating. This observation suggests that the mechanical properties at the interface between thin films and Si substrates in coated systems (MEMs and photovoltaics) should be further investigated.

 

Keywords: pop-out effect, Si, nanoindentation, silicon structures, photovoltaics.

 

 

Наиболее интересным явлением, замеченным в наноиндентировании кремния, считается разрыв деформационной кривой на стадии разгрузки. Данная особенность названа «pop-out» эффектом и относится к фазовым превращениям, имеющим место под индентором при большом давлении. Одним из свойств данного эффекта является обнаруженная нами линейная зависимость между глубиной, на которой «pop-out» эффект, и максимальной глубиной проникновения индентора. Систематическое изучение легированного Si, а также фотопреобразователей типа ITO/Si и SnO2/Si показало, что данная линейность сохраняется при разных скоростях разгрузки индентора, которые сильно влияют как на появление «pop-out» эффекта, так и на контактное давление. Более того, показано, что фазовые превращения в легированном кремнии, покрытом тонкой плёнкой, заторможены из-за сохранения механического напряжения в отпечатке под пленкой. Эти наблюдения предполагают необходимость дальнейших исследований механических свойств на границе раздела между плёнкой и кремниевой подложкой в плёночных структурах (МЭМС и ФЭП).

 

Ключевые слова: «pop-out» эффект, кремний, наноиндентирование, кремниевая структура, фото-преобразователи.

 

 

Download full-text PDF. 839 downloads

Web-Design Web-Development SEO - eJoom Software. All rights reserved.