반도체 스트론튬 디게르마나이드(SrGe2 ) 근적외선 영역에서 흡수계수가 커서 다중접합 태양전지에 유용할 것으로 기대된다. 이 연구는 먼저 SrGe2의 형성을 보여줍니다 Ge 기판에 반응성 증착 에피택시를 통한 박막. SrGe2의 성장 형태 성장 온도(300-700°C)와 Ge 기판의 결정 방향에 따라 극적으로 변화합니다. 단일 지향성 SrGe2 획득에 성공했습니다. 500°C에서 Ge(110) 기판을 사용합니다. Si 또는 유리 기판에 대한 개발은 SrGe2 적용으로 이어질 것입니다. 고효율 박막 태양전지에.
<섹션 데이터-제목="배경">알칼리 토류 실리사이드는 태양 전지[1,2,3], 열전[4,5,6] 및 광전자공학[7,8,9]과 같은 많은 기술 응용 분야에서 유용한 기능 때문에 널리 조사되었습니다. 그러나 일부 연구에서 게르마나이드에 대한 흥미로운 전기적 및 광학적 특성을 예측했음에도 불구하고 게르마나이드에 대한 연구는 실리사이드에 비해 활성화되지 않았습니다[10,11,12,13,14,15,16].
SrGe2 알칼리토류 게르마늄족의 하나이다. 벌크 SrGe2의 이론 및 실험 연구 다음 속성이 밝혀졌습니다[12,13,14,15,16]:(i) BaSi2 -유형 구조(사방정계, 공간군:\( {D}_{2h}^{16}- Pnma \), 62번, Z =8), (ii) 약 0.82eV의 밴드 갭을 갖는 간접 전이 반도체, 및 (iii) 7.8 × 10 5 의 흡수 계수 cm −1 Ge보다 높은 1.5eV 광자에서(4.5 × 10 5 cm −1 1.5eV 광자에서). 이러한 속성은 SrGe2 고효율 탠덤 태양 전지의 하단 셀에 사용하기에 이상적인 소재입니다. 따라서 SrGe2의 제작 임의의 기판에 박막을 배치하면 박막 탠덤 태양 전지가 동시에 높은 변환 효율과 낮은 공정 비용을 달성할 수 있습니다.
우리는 박막 BaSi2를 제작했습니다. , SrGe2와 동일한 구조를 가짐 , 2단계 방법을 사용하는 Si(111) 및 Si(001) 기판:a BaSi2 템플릿 층은 가열된 Si 기판을 사용한 Ba 증착인 RDE(Reactive Deposition Epitaxy)와 MBE(molecular beam epitaxy)를 통해 형성되었습니다[17, 18]. 그 결과 고품질(100) 지향 BaSi2 소수 캐리어 수명이 긴 박막[19, 20]으로 인해 소수 캐리어 확산 길이가 크고[21] 1.55eV에서 높은 광감응도[22]가 나타납니다. p-BaSi2를 사용한 이종접합 태양전지 /n-Si 구조는 9.9%의 변환 효율을 허용하며 이는 반도체 실리사이드에 대해 보고된 가장 높은 값입니다[23]. BaSi2에 대한 이러한 인상적인 결과 박막 및 벌크 SrGe2의 매력적인 특성 SrGe2를 제작하도록 강력하게 동기를 부여했습니다. 박막.
BaSi2를 형성하기 위한 RDE와 MBE로 구성된 2단계 방법 Si 기판의 박막은 SrGe2 제작에 적용 가능 이러한 물질은 동일한 결정 구조를 가지고 있기 때문에 Ge 기판에 박막을 형성합니다[14]. 이 연구에서 우리는 SrGe2를 형성하려고 했습니다. SrGe2의 가능성을 탐색하기 위해 RDE를 사용하여 Ge(100), (110) 및 (111) 기판에 박막 형성.
분자빔 에피택시 시스템(기본 압력, 5 × 10 −7 Pa) Sr용 표준 Knudsen 셀과 Si용 전자빔 증발원이 이 조사에 사용되었습니다. Sr은 기판 온도(T 서브 ) 범위는 300~700°C입니다. 증착 전에 Ge 기판을 2분 동안 1.5% HF 용액과 5분 동안 7% HCl 용액을 사용하여 세척했습니다. Sr의 증착 속도와 시간은 각각 Ge(001)의 경우 0.7nm/min 및 120분, Ge(011)의 경우 1.4nm/분 및 30분, Ge(111)의 경우 1.3nm/분 및 60분이었습니다. . Knudsen 셀 온도가 380°C로 고정되었기 때문에 증착 속도는 Sr 소스의 양에 따라 달라졌습니다. 그 후, Sr-Ge 화합물은 공기에 의해 쉽게 산화되기 때문에 RDE 층을 산화로부터 보호하기 위해 5nm 두께의 비정질 Si를 실온에서 증착하였다. 샘플의 결정성은 Cu Kα 방사선을 사용한 반사 고에너지 전자 회절(RHEED) 및 X선 회절(XRD; Rigaku Smart Lab)을 사용하여 평가되었습니다. 또한, 표면 형태는 에너지 분산 X선 분광기(EDX)가 장착된 200kV에서 작동되는 주사 전자 현미경(SEM; Hitachi SU-8020) 및 투과 전자 현미경(TEM; FEI Tecnai Osiris)을 사용하여 관찰되었으며, 프로브 직경이 ~ 1 nm인 고각 환형 암시야 주사 투과 전자 현미경(HAADF-STEM) 시스템입니다.
그림 1은 RHEED 및 θ를 보여줍니다. –2θ Sr 증착 후 샘플의 XRD 패턴. 모든 샘플에서 Sr 증착 후 줄무늬 또는 얼룩무늬 RHEED 패턴이 관찰되었으며, 이는 Sr-Ge 화합물의 에피택셜 성장을 의미합니다. Ge(100) 기질이 있는 샘플의 경우 Sr5에서 피크 Ge3 모든 T에 표시 서브 (그림 1a-e). 또한 SrG의 피크는 T에 대해 나타납니다. 서브 =600 및 700°C(그림 1d, e). T가 있는 샘플만 서브 =300°C는 SrGe2의 피크를 나타냅니다. (그림 1a), 본 연구의 대상 물질. 그림 1a는 T가 있는 샘플을 보여줍니다. 서브 =300°C는 우선적으로 [100] 지향 SrGe2를 포함합니다. 및 [220] 지향 Sr5 Ge3 . 기질 Ge(200)에서 파생된 피크는 T가 높을수록 더 두드러집니다. 서브 . 이 거동은 그림 2에 나타난 바와 같이 기판에서 Sr-Ge 화합물의 표면 적용 범위와 관련이 있습니다. Ge(110) 기판이 있는 샘플의 경우 SrGe2의 피크 외에는 피크가 없습니다. (411) 및 Ge 기질은 T에 대해 관찰됩니다. 서브 =300−600°C(그림 1f−i). SrGe2의 피크 (411) T에 대해 가장 높은 강도를 나타냄 서브 =500 °C(그림 1h), 샘플이 T 서브 =500°C는 단일 구성 SrGe2를 포함합니다. 높은 [411] 방향으로. Ge(111) 기질이 있는 샘플의 경우 SrGe2의 피크 모든 T에 표시 서브 (그림 1k-o). T가 있는 샘플 서브 =300, 400, 500 및 700°C는 [110] 지향 SrGe2를 나타냅니다. (그림 1k–m, o), SrGe2 T의 최고점 서브 =300 및 400 °C는 상당히 넓습니다. T가 있는 샘플 서브 =500 및 600 °C는 다중 지향성 SrGe2를 나타냅니다. (그림 1m, n). 또한 Sr5의 작은 피크 Ge3 (220)은 T에 대해 나타납니다. 서브 =400, 500 및 700°C(그림 1l, m, o). 따라서 Ge 기판에서 Sr-Ge 화합물의 성장 형태는 기판의 성장 온도와 결정 방향에 따라 크게 변화합니다. 이 거동은 결정 방향[24]에 따라 Ge 기판의 표면 에너지와 기판에서 공급되는 Ge 원자의 공급 속도와 샘플 표면에서 Sr 원자의 증발 속도의 균형과 관련이 있을 수 있습니다.
<그림>
RHEED 및 θ –2θ Sr 증착 후 샘플의 XRD 패턴. Ge 기판의 결정 방향은 a입니다. -이 (100), f −j (110) 및 k -오 (111). 티 서브 각 기판의 온도 범위는 300~700°C입니다. SrGe2에 해당하는 피크 빨간색으로 강조 표시됩니다.
<그림>
Sr 증착 후 샘플의 SEM 이미지. Ge 기판의 결정 방향은 a입니다. -이 (100), f −j , (110) 및 k -오 (111). 티 서브 각 기판의 온도 범위는 300~700°C입니다. 각 이미지의 화살표는 Ge 기판의 결정 방향을 나타냅니다.
그림 2는 샘플 표면의 SEM 이미지를 보여줍니다. 기질은 T에 대한 Sr-Ge 화합물로 대부분 덮여 있음을 알 수 있습니다. 서브 =300°C(그림 2a, f,k). T를 위해 서브 =400, 500 및 600°C에서 기판의 결정 방향을 반영하는 고유한 패턴, 즉 Ge(100)의 경우 이중 대칭(그림 2b-d), Ge(110)의 경우 단일 대칭( 그림 2g-i), Ge(111)에 대한 3중 대칭(그림 2l-n). 이러한 패턴은 Si 기판의 실리사이드에서도 볼 수 있으며[1, 25] Ge 기판에서 Sr-Ge 화합물의 에피택셜 성장을 보장합니다. T가 있는 샘플 서브 =700°C는 점 패턴을 나타내며, 이는 Sr 원자가 높은 T로 인해 빠르게 이동하거나 증발했음을 시사합니다. 서브 . 이러한 SEM 결과는 그림 1의 줄무늬 또는 얼룩무늬 RHEED 패턴을 설명합니다. 따라서 단일 지향성 SrGe2를 얻는 데 성공했습니다. T가 있는 Ge(110) 기판 사용 서브 =500°C, Ge(100) 및 Ge(111) 기판의 경우 다중 지향성 SrGe2 또는 다른 Sr–Ge 화합물이 얻어졌습니다.
Ge(110) 기질과 T 서브 =500°C. SrGe2 산화 방지 , 100nm 두께의 비정질 Si 층이 샘플 표면에 증착되었습니다. 그림 3a의 HAADF-STEM 이미지와 그림 3b의 EDX 매핑은 Sr-Ge 화합물이 Ge 기판의 거의 전체 표면에 형성되어 있음을 보여줍니다. 그림 3c의 확대된 HAADF-STEM 이미지는 Sr-Ge 화합물이 RDE 성장의 전형적인 특징인 Ge 기질을 파고 있음을 보여줍니다[17, 18]. 그림 3d의 원소 조성 프로파일은 Sr과 Ge가 1:2의 조성으로 존재함을 보여줍니다. 결과는 Fig. 1 및 3은 SrGe2의 형성을 확인합니다. 수정.
<그림>
SrGe2의 HAADF-STEM 및 EDX 특성화 500°C에서 Ge(110) 기판에서 성장한 박막. 아 HAADF-STEM 이미지. ㄴ 패널 a에 표시된 지역의 EDX 원소 지도 . ㄷ 확대된 HAADF-STEM 이미지. d 패널의 화살표를 따라 STEM-EDX 라인 스캔 측정으로 얻은 원소 조성 프로필(c )
그림 4a의 명시야 TEM 이미지와 그림 4b, c의 암시야 TEM 이미지는 SrGe2 Ge 기판에서 에피택셜 성장되며 면내 방향으로 두 가지 방향을 갖습니다. 그림 4d의 격자 이미지는 두 개의 SrGe2를 명확하게 보여줍니다. 결정(A 및 B) 및 이들 사이의 결정립계. 그림 4e의 SAED(Selected Area Diffraction Pattern)는 2개의 SrGe2에 해당하는 회절 패턴을 보여줍니다. 결정(A 및 B). 그림 4d, e는 또한 Ge(111) 평면과 SrGe2 (220) 평면은 각 결정에서 평행합니다. 이 결과는 SrGe2 결정 A와 B는 기판의 Ge(111) 평면에서 에피택셜하게 성장한 다음 서로 충돌했습니다. SrGe2에서 전위 또는 적층 결함과 같은 결함이 발견되지 않았습니다. 입계 외에. 따라서 고품질 SrGe2 Ge(110) 기판에서 RDE 성장을 통해 결정을 성공적으로 얻었습니다.
<사진>
SrGe2의 TEM 특성화 500°C에서 Ge(110) 기판에서 성장한 박막. 아 명시야 TEM 이미지. ㄴ , ㄷ SrGe2를 사용한 암시야 TEM 이미지 {220} 각 회절 패턴에 표시된 평면 반사. d SrGe2를 보여주는 고해상도 격자 이미지 결정체. 이 SrGe2를 보여주는 SAED 패턴 〈113〉 영역 축, SrGe2 포함 영역에서 가져옴 결정과 Ge 기질
SrGe2 박막을 성공적으로 형성했습니다. Ge 기판에서 RDE 성장을 통해. SrGe2의 성장 형태 Ge 기판의 성장 온도와 결정 방향에 따라 극적으로 변화합니다. 비록 다중 지향적인 SrGe2 또는 다른 Sr-Ge 화합물이 Ge(100) 및 Ge(111) 기판에 대해 얻어졌기 때문에 단일 지향성 SrGe2를 얻는 데 성공했습니다. 500°C의 성장 온도에서 Ge(110) 기판을 사용하여 투과 전자 현미경 검사에서 SrGe2 Ge(110) 기판의 박막은 기판 계면에서 전위가 없었습니다. 따라서 우리는 고품질 SrGe2 박막을 생산할 수 있다. 현재 우리는 SrGe2의 특성을 조사하고 있습니다. SrGe2 적용을 위한 Si 및 유리 기판에서의 박막 및 개발 다중접합 태양전지의 근적외선 흡수층에.
에너지 분산 X선 분광기
고각 환상 암시야 주사 투과 전자 현미경
분자빔 에피택시
반응성 증착 에피택시
반사 고에너지 전자 회절
주사전자현미경
투과전자현미경
기판 온도
X선 회절
나노물질
가공과 가공의 주요 차이점은 무엇입니까? 제작과 가공의 주요 차이점은 본질적으로 다음과 같습니다. 제작:재료를 추가하거나 제거하여 금속, 플라스틱, 직물 또는 기타 원자재 개체를 제작하는 과정입니다. 가공:재료를 절단하고 재료를 제거하여 모양을 만드는 기계를 사용하여 물체를 형성합니다. 제작은 주조, 결합 또는 재료 형성을 통해 발생합니다. 케이싱은 금형 제품을 복제하기 위해 다른 재료로 채우는 금형이 있는 제조 프로세스의 한 유형입니다. 주조에는 모래 주조, 열성형, 사출 성형, 원심 주조 등과 같은 다양한 유형이 있습니
COVID-19는 이제 한동안 우리 마음의 최전선에 있었고 곧 아무데도 갈 것 같지 않습니다. 금속 가공업체는 기존의 틀을 벗어나 생각하고 창의력을 발휘하여 의료 장비 회사, 병원, 제조업체, 소매업체, 심지어 개인이 이 시기에 겪고 있는 추가 요구 사항을 충족할 수 있다면 현재 요구되는 이 영역에서 도움을 줄 수 있는 기회가 있습니다. 이 팬데믹 기간 동안 자동화와 직원 안전에 중점을 두는 두 가지 핵심 영역입니다. 잘 정립된 금속 가공업체는 자동화 인프라를 설계, 생성 및 설치하는 방법을 알고 있습니다. 자동화로 수행할 수
