Статья: Влияние ростовых параметров на структуру и температурную стабильность пленок BaSi2 на подложках Si(111) для перспективных солнечных элементов (2019)

В работе методом твердофазного осаждения при комнатной температуре и длительно-го (60 минут) высокотемпературного отжига при 800 оС одноступенчатого и двухступенчатого (600 оС и 800 оС) в условиях сверхвысокого вакуума сформированы три пленки дисилицида бария BaSi2 на подложках с ориентацией (111) с толщинами около 100 нм.

В пленках с двухступенчатым отжигом на начальной стадии формировался затравочный слой BaSi2 толщиной 20 нм методом соосаждения атомов бария и кремния при температуре подложки 600 оС с последующим соосаждением 80 нм смеси Ba и Si при комнатной температуре и двухступенчатым отжигом.

По данным рентгеновской дифракции уста-новлено, что пленки являются однофазными и состоят из кристаллитов орторомбического BaSi2. Это подтверждено данными отражательной и колебательной оптической спектроскопии, а также спектроскопии комбинационного рассеяния света. Установлено, что одноступенчатый отжиг при 800 оС приводит к формированию поликристаллической плен-ки BaSi2 со средним размером кристаллитов 43 нм и сжатием объема кристаллической решетки на 2,7 %. Соосаждение атомов Ba и Si на затравочный слой и двухступенчатый отжиг приводят к формированию пленок BaSi2 с преимущественными двумя ориентациями кристаллитов [(301), (601)] и [(211), (411)], ко-торые ориентированы эпитаксиально относи-тельно подложки Si(111).

Ориентированный рост кристаллитов происходит на стадии рекристаллизации при 800 оС в результате диф-фузионного переноса дисилицида бария при коалесценции кристаллитов. При этом образуется высокая плотность проколов с размерами 1–2 мкм. При увеличении эффективного времени остывания образцов с 10 до 30 минут плотность таких проколов уменьшается, снижаются плотность и линейные размеры микротрещин, снижается объем элементарной ячейки BaSi2 на 4,67 % при 10 минутах и 5,13 % при 30 минутах. Исследование стабильности пленок BaSi2 при воздействии интенсивного лазерного излучения с переменной мощностью при регистрации спектров КРС показали, что наибольшей устойчивостью обладают пленки, сформированные двукратным отжигом и медленным остыванием.

Установлено, что максимальная мощность лазерного луча при регистрации спектров КРС без разрушения BaSi2 изменяется от 0,92 мВт до 4,3 мВт в зависимости от степени ориентированности кристаллитов в пленке. Это доказывает, что ориентированные пленки BaSi2на кремнии могут успешно применяться для разработки конструкций солнечных элементов.