Новости химической науки > Метод структурирования кремния без высоких температур

Алюминий сможет оказаться весьма полезным для низкотемпературного структурирования неупорядоченного кремния в упорядоченный, что может привести к удешевлению производства полупроводников.

Упорядоченные кристаллы кремния работают более эффективно в солнечных панелях. Однако до настоящего времени существовал лишь один способ производства этих материалов – производство при высоких температурах.

Слой алюминия понижает температуру кристаллизации аморфного кремния (a-Si). На первом этапе a-Si заполняет пустоты между зернами в слое алюминия. При достижении пленкой a-Si критической толщины начинается этап кристаллизации. (Рисунок из Phys. Rev. Lett. 100 (2008), 125503 (DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.125503)

Исследователи из Института Изучения металлов Макса Планка в Штутгарте нашли способ понижения температуры кристаллизации кремния с 700º до 150ºC. Для этого они использовали слой алюминия, толщина которого влияет на температуру кристаллизации кремния. Новые разработки немецких ученых могут помочь в производстве солнечных батарей и других электронных компонентов, нанесенных на дешевые и гибкие материалы, как, например, пластик или даже бумага.

Давно известно, что температура кристаллизации полупроводников зависит от их контакта с различными металлами. По словам Ларса Йоргенса (Lars Jeurgens), руководившего исследованием, этот эффект был впервые использован для «настройки» температуры кристаллизации кремния с помощью слоя алюминиевых кристаллов. Он отмечает, что для слоев, толщина которых составляет более 20 нм, удается понизить температуру кристаллизации ниже 200ºС. Уменьшение толщины слоя приводит к существенному увеличению температуры.

Характер влияния толщины слоя алюминия на температуру перехода кремния из аморфного в кристаллическое состояние зависит от изменений энергетических вкладов в системе, состоящей из кремниевых блоков и слоев алюминия. Главную роль здесь играет энергия взаимодействия между фазами кремния и алюминия. Для понижения суммарной энергии системы первоначально атомы кремния размещаются неупорядоченно в пустотах между зернами алюминия, поскольку в неупорядоченном состоянии им проще «приспособиться» к кристаллической решетке алюминия. Однако, при достижении критической толщины слоя аморфного материала атомы кремния стремятся занять более упорядоченное положение для уменьшения объема, и кристаллизация начинается.

Источник: Phys. Rev. Lett. 100 (2008), 125503 (DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.125503)

метки статьи: #неорганическая химия, #физическая химия, #химическая технология, #химия поверхности