Investigations and simulations of acoustic materials signatures of amorphous silicon

Investigations et simulations des signatures acoustiques du silicium amorphe

I. Hadjoub, A. Doghmane*, Z. Hadjoub

Laboratoire des Semi-Conducteurs, Département de Physique, Faculté des Sciences,

Université Badji-Mokhtar, B.P 12, Annaba, DZ-23000, Algeria.

* Corresponding author. E-mail: a_doghmane@yahoo.fr

Received: 20 April 2004; revised version accepted: 31 March 2005

 

Abstract

A great deal of interest in amorphous silicon, a-Si, has recently been shown all over the world due to its potential applications in many fields. However, only very little work is reported on its elastic properties. In this context, we first deduce its acoustic parameters: longitudinal velocity, VL = 8300 m/s, transverse velocity, VT = 4980 m/s, longitudinal impedance, ZL = 19 Mrayl, transverse impedance ZT = 11.4 Mrayl. Then, using angular spectrum model, we calculate for the first time the reflectance function as well as the acoustic materials signature of a-Si that show an oscillatory behavior. The spectral treatment of theses signatures, via fast Fourier transform, led to the determination of Rayleigh velocity which was found to be equal to 4780 m/s. Such a technique is also used to determine Young’s modulus of a-Si which was found to be equal to 139 GPa.

Keywords: Amorphous silicon; Elastic parameters; Acoustic microscopy; Velocities of propagating waves .

Résumé

Un grand intérêt a été récemment apporté, à travers le monde, à l’étude du silicium amorphe, a-Si, due à ses applications potentielles dans plusieurs domaines. Cependant, rares sont les travaux concernant ses propriétés élastiques. Dans ce contexte, on déduit tout d’abord ses paramètres acoustiques: vitesse longitudinale, VL = 8300 m/s, vitesse transversale, VT = 4980 m/s, impédance longitudinale, ZL = 19 Mrayl, impédance transversale ZT = 11.4 Mrayl. Ensuite, par utilisation du modèle du spectre angulaire, nous calculons la fonction de réflexion ainsi que la signature acoustique du a-Si qui montre un comportement oscillatoire. Le traitement spectral de ces signatures, par la transformée de Fourrier rapide a permis la détermination de la vitesse de Rayleigh, VR = 4780 m/s. Une telle technique a été également utilisée pour la détermination du module de Young du a-Si qui a été trouvé égal à 139 GPa.

Mots clés: Silicium amorphe; Constantes élastiques; Microscopie acoustique; Vitesses des ondes de propagation.

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