Phase Transformation of Silicon by Indentation

Indentation was used to analyze high pressure phases of silicon. Phase transformations on both loading time and loading rate were studied. Micro-raman spectroscopy was used to observe the indentation-induced transformations. As the loading time increased, Si-III and Si-XII disappeared and only a-Si was observed in (111) samples. As the loading time increased, the residual stress was removed by creation of cracks or dislocations. At 0.1 mm/min loading rate, pop-in . At 5 mm/min loading rate pop-in was observed in force/displacement curve of (111) sample, but pop-in was not observed in force/displacement curve of (100) sample. This result indicates that the loading rate affects the volume of phase transformation in silicon.

압입법에 의한 실리콘의 상전이

실리콘의 고압상을 연구하는 수단으로 압입 방법을 사용하였다. 실험에는 (100)과 (111) 실리콘 웨이퍼를 사용하였으며 하중유지 시간과 하중인가 속도에 따른 잔류상의 변화를 연구하였다. 압입 후의 상분석에는 Raman spectroscopy를 사용하였다. 하중 유지 시간의 실험결과 (111) 시편에서는 하중 유지 시간이 길어질수록 소성변형이 진행되어 고압상인 Si-III 와 Si-XII는 결정구조를 유지하지 못하고 사라지고 대신 a-Si가 관찰되었다. 하중 인가 속도 실험 결과 하중 인가 속도가 0.1 mm/min일 경우 모든 시편의 force/displacement 곡선에서 pop-in을 관찰할 수 있었다. Raman peak 분석 결과 이들 시편에서는 상전이가 관찰되었다. 5 mm/min의 하중인가 속도의 경우 (111) 시편에서는 급격한 변형의 증가 부분이 관찰되었으나 (100) 시편의 경우 관찰되지 않았다. 하중인가 속도가 느릴 경우 상전이 양상이 뚜렷하게 나타났으며 반대의 경우 상전이는 소량 관찰되거나 관찰되지 않았다. 이것은 하중인가속도가 상전이 영역의 부피에 영향을 주기 때문이라 판단된다.