ИСТИНА

Модификация аморфного гидрогенизированного кремния (а-Si:H) фемтосекундными лазерными импульсами представляет интерес для тонкопленочной солнечной энергетики, так как позволяет сформировать однородно распределенные по объему пленки нанокристаллы кремния. Кроме того, подобная обработка приводит к анизотропии структурных, оптических и электрофизических свойств облученной поверхности. В частности, на поверхности а-Si:H могут быть сформированы периодические структуры за счет возбуждения плазмон-поляритонов. В данной работе были исследованы пленки а-Si:H, модифицированные фемтосекундными лазерными импульсами (λ = 1250 нм, τ = 125 фс, E = 130 мкДж, f = 10 Гц) в растровом режиме. Подобная обработка, согласно данным электронной микроскопии, приводит к формированию на поверхности а-Si:H одномерных решеток двух типов. Структуры первого типа имеют период 150 мкм, определяемый диаметром лазерного пятна. Ориентация одномерных решеток второго типа с периодом 1,20±0,02 мкм определяется направлением вектора поляризации модифицирующего излучения и числом перекрывающихся облученных пятен Ns от импульсов лазерного излучения. Методом спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) в модифицированных пленках а-Si:H зарегистрировано присутствие нанокристаллической фазы кремния. В том числе, обнаружено формирование полиморфных модификаций кремния Si-III и Si-XII при обработке с числом перекрывающихся облученных пятен Ns ≥ 500 (рис. 1 а), а также зарегистрирована анизотропия сигнала КРС для данных полиморфных модификаций (рис. 1 б). Рис. 1. Спектр КРС пленки a-Si:H, модифицированной при Ns = 500, а также немодифицированного образца (а); поляризационная зависимость интенсивности линий КРС, соответствующих модификациям Si-I (520 см-1) и Si-III (353 см-1) (б). Фемтосекундная лазерная модификация приводит к увеличению удельной проводимости на 3 порядка по сравнению с необработанной поверхностью а-Si:H с ~ 10-9 до ~ 10-6 (Ом•см)-1. Также обнаружена анизотропия проводимости облученной поверхности: значение удельной проводимости вдоль направления сканирования подложки лазерным лучом почти в 3 раза больше, чем в перпендикулярном направлении, что может объясняться как неравномерной кристаллизацией а-Si:H, так и анизотропией формы сформированных поверхностных решёток. Рассмотреные анизотропные структуры на основе а-Si:H могут быть использованы для создания поляризационно-чувствительных элементов оптики и фотовольтаики. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 17-52-04062 Бел_мол_а).