大角度暗視野STEM法を用いた非晶質半導体の金属媒介結晶化過程の原子直視研究

大角度暗场STEM方法原子直接观察非晶半导体金属介导晶化过程

基本信息

批准号：
11123213
负责人：
田中信夫
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

非晶質シリコン(a-Si)をAl薄膜上に蒸着して作られる太陽電池では通常の結晶化温度より低い温度でa-Siが結晶化し、デバイスの特性を破壊することが報告されている。このようにAl、Ag、Auなどのfcc金属はa-Geやa-Siの結晶化温度を著しく低下させ、この現象は『金属に媒介された結晶化』と呼ばれている。平成11年度は、大角度検出暗視野走査透過電子顕微鏡法(HAADF-STEM)を用いて、各温度で熱処理した試料を原子分解能で観察した。この方法は、構成元素の原子番号の差が像のコントラストとして現れるため(Z-コントラスト)、新しい電顕法として注目されている^<1)>。Au/a-Ge/MgO試料のas-grown試料と350Cで熱処理後の試料を観察した結果、as-grown試料では、金のクラスターは丸い粒子として観察され、a-Geは背景の不明瞭な一様なコントラストを示した。このコントラストはGeがまだ非晶質であることを示す。一方350Cの熱処理後の試料では、背景のMgOの単結晶膜の上にAu_4GeとGeの2つの部分からなる"きのこ"状の微結晶が観察された。この粒子の高分解能STEM像からは粒子の中に組成のゆらぎが存在することが直読できた。以前のTEMの動的観察で、金のクラスターは75Cで溶け始め100C以上では液体状になってa-Geの表面を徘徊することが観察されたが、その過程の試料のHAADF-STEM観察にも成功した。75Cの試料では金の多結晶粒が観察されるが、これが100Cの試料ではAuとGeが反応して結晶のGeの粒が生成し、ヒトデ状の白いコントラストを示した。さらにこのヒトデ状の領域を高分解能観察すると未反応の金は小さいクラスターとなって吸着していることも判明した。このような知見は以前のTEM観察では明らかにできなかったことである。

据报道，在通过在Al薄膜上蒸发无定形硅（A-SI）制成的太阳能电池中，A-SI在低于正常结晶温度的温度下结晶，从而导致设备分解该性能。因此，诸如Al，Ag和Au之类的FCC金属显着降低了A-GE和A-SI的结晶温度，并且该现象称为“金属介导的结晶”。 1999年，使用大角度检测暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）在原子分辨率下观察到在每个温度下进行热处理的样品。该方法作为一种新的电子显微镜方法引起了人们的注意，因为成分元素的原子数差异作为图像对比度（z对比）。观察到Au/A-GE/MGO样品的生长样品以及在350℃下进行热处理后的样品表明，在生长的样品中，将黄金簇视为圆形颗粒，而A-GE在背景中显示出不清楚的，均匀的对比度。这种对比表明GE仍然是无定形的。另一方面，在热处理350摄氏度后的样品中，“蘑菇”样的微晶由两个部分组成，即Au_4GE和GE，在MGO单晶膜上观察到背景的MGO单晶膜。从该粒子的高分辨率茎图像中直接理解，颗粒内部的组成发生了波动。先前对TEM的动态观察结果表明，金簇开始以75°C融化，并在100c或更高的情况下变为液体，并在A-GE的表面徘徊，但在此过程中对样品的HAADF-STEM观察也成功了。在75c样品中观察到多晶金晶粒，但是在100c样品中，Au和GE反应形成结晶粒晶粒，从而形成了海星样的白色对比。此外，当在高分辨率下观察到这个类似海星的区域时，发现未反应的黄金被吸附为小簇。这种发现并未通过以前的TEM观察结果揭示。