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ISSN: 2321 - 6212
材料和同步加速器辐射工程系,兵库大学2167商社,姬路城,兵库县,671 - 2280年,日本
收到的日期:07/04/2017;接受日期:10/04/2017;发布日期:18/04/2017
DOI: 10.4172 / 2321 - 6212.1000164
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样品在低温结晶温度使用软x射线源了。硅薄膜在玻璃衬底的温度测量热电偶或高温计,使用计算流体动力学计算。当传热系数没有热样本和样本架之间接触电阻是用于计算,计算温度低于测量温度。雷竞技网页版认为热接触电阻是非常重要的在软x射线辐照热计算。雷竞技网页版然而,计算温度分布(高温区域的面积)平原同意结晶区域。预计样品在软x射线辐照温度可以通过使用有效的传热系数计算包括热接触电阻。雷竞技网页版计算流体动力学是用于软x射线辐照技术的应用行业。
低温结晶;软x射线辐照;样品温度计算;硅;半导体
低温结晶非晶硅(硅)和非晶锗(通用电气)是重要的实现高质量的柔性显示器和太阳能电池。因此,低温结晶方法,包括准分子激光退火(ELA) [1- - - - - -3),快速热退火(RTA) [4,5),等离子体射流退火(PJA) [6,7和metal-induced横向结晶8),被广泛研究。抑制损伤玻璃衬底,大多数这些方法使用液体结晶过程有短时间从亚微秒9,10]几个几十毫秒11]。此外,爆炸性的结晶(12非晶态的半导体研究了激光辐照(13和闪光灯退火14]。
我们试图开发低温结晶方法,使用软x射线辐照[15- - - - - -19从同步轨道辐射设施NewSUBARU [20.]。讨论这个结晶的结晶机理和有用的方法,我们必须每个硅膜和玻璃衬底温度,前景和温度分布在不同辐照条件。样品温度曲线对结晶很重要。样品在结晶温度已经报道了濒危语言联盟(9),等21]和PJA [22]。然而,样品温度和温度分布在软x射线辐照没有计算。
在本文中,我们计算了硅膜/玻璃衬底的温度分布在软x射线辐照使用计算流体动力学。计算温度分布与测量温度分布。
测量的光子通量密度和样品温度
软x射线辐照在NewSUBARU BL07A进行。软x射线辐照仪器所示图1。的光源BL07A 2.28波纹机。介绍了波纹机光通过一个柱面镜样品阶段。光子通量密度测量光电流的硅光电二极管(PD)使用光敏二极管的量子效率。光学图像内的软x射线辐照室和设置测量光电流所示图2。光电流测量没有样品在2.2 mA的贮存环电流,因为上面的测量光电流超过极限的存储环电流10马。众所周知,光子通量密度存储环电流成正比。因此,光电流在不同贮存环电流估计比例使用马光电流的值为2.2。
图1:原理图的软x射线辐照。设置测量样品温度使用TC和高温计也。波纹机的产生软x射线源辐照与样品表面通过M0镜子。
图2:(一)光学图像的软x射线辐照室的内部。(b)设置为测量光电流。
示例使用热电偶温度测量(TC)和高温计,如图所示图1。晶硅/玻璃衬底的温度分布是衡量移动样本。在这种情况下,k TC是附加表面的硅/玻璃衬底的大小10×10毫米2通过陶瓷结合剂。
光谱的波纹机源SRW计算
光谱的计算使用SRW [23]。计算,存储环能量,存储环电流、波纹机GeV差距是0.987,100毫安,和46.7毫米。此外,反射率软x射线M0镜子上也计算在0到1000的范围由SRW eV。M0镜由Pt (56 nm) / Cr (5 nm) / Si衬底。每一层的表面粗糙度是假定为0.1 nm。样品表面上的辐射光子数量估计理论上的光子通量的产物生成的点和M0镜的反射率。
样品温度计算流体动力学计算
ANSYS 14.5被用于样品温度的计算。样品晶硅薄膜在玻璃衬底厚度为0.5毫米。晶硅薄膜是50纳米的厚度。样本大小是20×20毫米2。样品架的大小由不锈钢(SUS304) 80×35 t×10毫米。在这个实验中,样品是用两金属板固定在试样夹,和试样夹附在样品在真空室设置为一个槽,如图所示图2。为了简化计算,结合了金属板的效果热导率样本与样本之间的保持者。此外,热传导从试样夹槽是微不足道的,因为接触面积小至270毫米雷竞技网页版2。温度的参数及其值的计算进行了总结表1。热通量的价值衡量PD用于计算。
表1。参数和温度计算值。
| 材料 | 导热系数(W m1K1) | 比热(g J1K1) | 密度(g m3) |
|---|---|---|---|
| 晶硅 | 1.1×103 | 1.03 | 2.33×106 |
| 玻璃 | 7×104 | 0.67 | 2.20×106 |
| 不锈钢(SUS304) | 1.67×102 | 0.59 | 7.98×106 |
样品制备和结晶度的评价如果电影由软x射线辐照
晶硅薄膜沉积在玻璃衬底通过plasma-enhanced化学汽相淀积在673 K,使用Si2H6源气体。50纳米晶硅膜厚度,测量使用概要表联系。雷竞技网页版沉积速率和氢含量在as-deposited晶硅薄膜为0.2 nm s - 1和10。分别为%。晶硅薄膜在723 K种使用热退火和硅中的氢含量低于1。%。使用傅里叶变换红外测量氢含量估计(24]。
NewSUBARU戒指0.987 GeV的电子能在这个实验。样本上的光子能量事件控制通过改变波纹机的差距。光子的能量是115 eV。x射线的波长为10.8 nm。在辐照环境压力是5×105Pa。x射线光束尺寸为7.5×7.5毫米2,测量使用荧光板样品持有人。
影片的结构属性的变化测量使用拉曼散射光谱学。进行了拉曼光谱在室温下使用514.5 nm行氩离子激光器。拉曼光谱的测量区域直径几μm飞机,和几个μm深度。拉曼光谱在辐照的中心地区得到non-irradiation地区。水平轴(波数)在拉曼光谱修正使用521厘米1单晶Si衬底的峰值位置,测量之前和之后的样品测量。比率的结晶和无定形的阶段是评估使用横向光学声子的拉曼光谱信号。如果电影,水晶分数估计使用信号从结晶相的比例约521厘米1的和信号的结晶和无定形的阶段约480厘米1(25]。
测量光子通量密度和样品温度测量TC和在软x射线辐射高温计
光电流的undulaor差距所示的函数图3。光电流增加与减少波纹机的差距。当波纹机的差距增加,光子的能量波纹机产生的x射线源增加。在贮存环电流220毫安,影响估计11 J /毫米246.7毫米的条件下(在其他词,光子的能量115 eV)。
图3:光电流的函数undulaor差距。的光电流测量使用PD贮存环电流的2.2 mA。波纹机的差距在115年电动汽车被显示为一个箭头。
在这个实验中,monocrometer并不使用。因此,许多高阶光辐照软x射线。隙的光子通量计算46.7毫米和220毫安的贮存环电流所示图4一。这种模式偏振的光子通量强度决定常数,K参数。在这个装置,光子低于50 eV减少了一个过滤器。3理查德·道金斯订单的115电动汽车主要是46.7毫米的条件下生成的。然而,其他与high-photon x射线通量产生192 eV (5th)和268 eV (7th)。此外,反射镜(M0镜)和Pt (56 nm) / Cr (5 nm) / Si衬底结构用于开关梁线和M0镜的反射率有光子的能量所示的依赖图4 b。因此,光子能量的光子通量依赖在样品表面被产品所产生的光子通量计算unduator来源(图4)的反射率M0镜子。计算样本表面的光子通量所示图4 c。虽然上面的光子通量低500 eV,为了估计实际样品的温度,不仅应该考虑光子通量单光子能量(115 eV)而且每个光子的能量。
图4:(一)计算光子通量的波纹机的差距46.7毫米和贮存环电流220毫安。(b) M0镜反射率与Pt (56 nm) / Cr (5 nm) / Si衬底。镜子的横断面结构M0见插入。(c)光子能量的光子通量依赖样品表面被产品所产生的光子通量计算unduator M0镜反射率的来源。
晶硅薄膜的温度分布玻璃衬底所示图5。温度分布测量软x射线期间使用TC辐照storage-electron 0.987 GeV的能量,存储环电流220毫安,马50 h,辐射剂量和波纹机的46.7毫米(115 eV的光子能量)。最大和最小的温度大约是953和613 K,分别。温差大,尽管小样本大小,因为光子通量密度高的区域很小,玻璃衬底的导热系数很低(7×104W m1K1)。
图5:测量温度分布在硅/玻璃衬底的电影。贮存环电流和波纹机缺口是220毫安和46.7毫米(115 eV的光子能量)。测量分9分由每个4毫米的长度。
样品温度计算流体动力学计算
计算示例所示温度图6。最大样本温度为299.8 K,这温度很低而实际温度测量通过TC (953 K)。认为样品的热流动样品持有人是主导。不幸的是,没有考虑热接触电阻的计算。雷竞技网页版当热接触电阻大,计算温度将增加。雷竞技网页版结果表明,样品和样品之间的传热系数控制的最大持有人是重要的样品温度和温度分布。此外,在软x射线辐照样品的温度可以使用有效传热系数计算包括计算流体动力学的热接触电阻。雷竞技网页版
图6:计算的温度分布。(一)计算模型。(b)晶硅/玻璃衬底的温度分布在软x射线照射。
晶硅薄膜的结晶度由软x射线辐照
的光学图像soft-X-ray-irradiated晶硅薄膜所示图7。变色区域的直径是7.5毫米。图7 b显示了如果电影,拉曼光谱在不同的点。晶硅结晶在a和b的位置;由于晶体峰值阶段被发现在拉曼转移521厘米1。峰由于无定形相观察c只在位置,不变色。我们确认热变色区域是结晶区域。温度在热变色的边缘地区估计大约790 K图5。热变色区域恰逢一个区域的温度略低于结晶温度。我们相信,热变色区域与high-photon-flux相关区域(高温区域)。水晶中心的分数(位置)和边缘位置(b)的热变色区域几乎是相同的(75%),但经历的峰值温度160 K的区域不同。
图7:(a)的光学图像soft-X-ray-irradiated晶硅/玻璃衬底的电影。(b)拉曼光谱测量位置,b和c。
为了应用低温结晶在行业使用软x射线源,硅薄膜在玻璃衬底的温度使用计算流体动力学计算。常见的条件下,计算样本温度为299.6 K和这个温度很低而TC的测量温度(953 K)。认为热接触电阻是非常重要的在软x射线辐照热计算。雷竞技网页版然而,温度分布同意结晶区域。预计样品温度在软x射线辐照可以使用有效传热系数计算包括了计算流体动力学的热接触电阻。雷竞技网页版计算流体动力学是用于软x射线辐照技术的应用行业。
作者要感谢LASTI k .神田教授兵库大学软x射线辐照的建议。
