Effect of prolonged holding under contact loading on the peculiarities of phase changes in silicon

Abstract

It was shown that prolonged holding under the peak load during indentation of Si (100) led to the creep of material even at room temperature that became possible due to the phase transition into more plastic metallic b-Sn phase. The end structural phases in the indentation zone, studied by micro-Raman spectroscopy were found to be affected by the longer holding under the load and demonstrated more intensive peaks for amorphous phase (a-Si) in the depth of the indentation comparatively with those for short holding indentations. It was suggested that this effect was caused by the activation of the dislocation mechanism of a-Si formation, as a result of longer shear stresses action under prolonged holding. This fact induced some changes in the kinetics of the unloading events, which demonstrated the tendency to the “kink pop-out” formation instead of typical “pop-out” and “elbow”.

Досліджено вплив тривалої витримки під час індентування на особливості фазових перетворень і деформації кремнію Si (100). Показано, що тривала витримка за максимального навантаження призводить до повзучості матеріалу навіть за кімнатної температури завдяки фазовому перетворенню на пластичнішу металеву b-Sn фазу. Кінцеві структурні фази в зоні відбитка, виявлені за допомогою мікро-Рамановської спектроскопії, вказують на інтенсифікацію утворення аморфної фази (a-Si) зі зростанням часу витримки. Передбачається, що причина цієї додаткової аморфізації може мати дислокаційну природу, як результат зростання щільності дислокацій під час повзучості і перебудови дислокаційної структури під час розвантаження. Цей факт вносить деякі зміни до кінетики розвантажувальних явищ, які демонструють тенденцію до утворення “kink popout” замість типових “pop-out” і “elbow”.

Исследованно влияние длительной выдержки при индентировании на особенности фазовых превращений и деформирования кремния Si (100). Показано, что длительная выдержка при максимальной нагрузке ведет к ползучести материала даже при комнатной температуре благодаря фазовому превращению в более пластическую металлическую b-Sn фазу. Конечные структурные фазы в зоне отпечатка, выявленные посредством микро-Рамановской спектроскопии, указывают на интенсификацию образования аморфной фазы (a-Si) с ростом времени выдержки. Предполагается, что причина этой дополнительной аморфизации может иметь дислокационную природу, как результат роста плотности дислокаций во время ползучести и перестройки дислокационной структуры во время разгрузки. Этот факт вносит некоторые изменения в кинетику разгрузочных явлений, которые демонстрируют тенденцию к образованию “kink pop-out” вместо типичных “pop-out” и “elbow”.