Amorf silisyum karbür filmlerinin hazırlanması ve çeşitli fiziksel özelliklerinin ölçümü

Abstract

97 ÖZET Bu çalışmada, RP sputtering yöntemiyle hidroj enlen miş amorf silisyum karbür filmleri, % 99,999 saflıkta döküm polikristal silisyum hedef kullanılarak hazırlandı. Sputtering plazması argon, hidrojen ve propan gazlarından oluşturuldu. Boşta kalan bağların doyurulması iğin fazladan hidrojen tep- 2 kime odacığına gönderildi. Uygulanan RP gücü 2,1-3,1 w/cm dir. Taban sıcaklığı 60-200 °C arasında değiştirildi, film lerin amorf olup olmadıkları X ışını dif fraksiyonu yöntemiy le belirlendi. Örneklerin kimyasal bileşimleri AES yöntemi ile ölçüldü. Optiksel yasak enerji aralıkları ise ye karşı E grafiklerinden elde edildi. Ölçülen Eg değerleri Eg değerleri 1,7-2.4 eV arasında değişmektedir. Optiksel soğurma eğrisinin karbon ya da hidrojen miktarı arttırıl dığında daha yüksek enerjilere kaydığı gözlendi. Filmlerin elektriksel dirençlerinin plazmadaki kısmi hidrojen basıncına çok bağlı olduğu görüldü. Kısmi hidrojen basıncının arttırılmasıyla film direnci artmakta, 1,5 militor değerinde büyük değerlerde iae azalmaktadır, filmlerin termal uyarı enerjilerinin Eg/2 değerinden küçük olduğu belirlendi. Herhangi bir işleme tutulmamış a-SiC:H filmlerde tek renkli ışınım altındaki fotoakım optik soğurma katsayısı arttıkça, küçük enerji değerlerinde, artmaktadır. 2,1 eV de yerel bir tepe değerine ulaşan fotoakım gelen foton demeti nin enerjisi arttırıldıkça 2,65 eV de yerel bir minimum değeri almakta daha sonra yükselerek 3.1 eV dolayında düz leşmektedir. 3,5 eV den büyük değerlerde (hidrojen/karbon miktarıyla değişebilmekte) fotoakımın taşıyıcıların yüzeyde birleşmelerinden dolayı hızla azalmaktadır.98 Fotoiletkenlik verileri kullanılarak enerji ara lığa kestirimi yapıldığında iki enerji değeri elde «dildi. Karbon, hidrojen miktarı ve taban sıcaklığına bakılmaksı zın üer örnekte optik enerji aralığından küçük bir Egl kes- tirim değeri gözlendi. Hidrojen miktarı % 50 den yüksek olan örneklerde deneysel kesinlik sınırında, optiksel enerji ara lığına eşit ikinci bir enerji kestirimi (Eg2) yapılabilmek tedir. Özetle bahsedilen verilerden, ESR sonuçlarından, hidrojen çıkışı verilerinden, İR spektrumundan ve tavlama verilerinden aşağıdaki sonuçlar çıkartılmıştır. 1- Düşük sıcaklıkta elde edilmiş filmlerde hidrojen ve/veya karbon konsantrasyonlarmdaki değişmeden dolayı 2,65 eV dolayında bir ince yapı bulunmaktadır. 2- X değeri 0,1İX^ 0,6 aralığında iken Si C : H filmler değerlik bandının yaklaşık 0,45 eV üzerin- de bir durum yoğunluğu içermektedirler. 3- Hidrojen, filmlerin elektriksel direncini artır- mekta, minimum bir değere ulaştıktan sonra ise azaltmaktadır. 4- Fotoakımın şiddet bağımlılığı 0,6 -1,0 arasında dır. Düşük sıcaklık ve düşük güçte elde edilen filmlerde 1 den büyük olabilmektedir.

99 SUMMARY In this work, hydrogenated amorphous silicon carbide films were prepared by RP sputtering method using 99f999 % purity cast pollycrystalline silicon target. Sputtering plasma formed of argon, hydrogen and propane gases. The purpose of the additional hydrogen was dangling bond passivation Applied 2 RF power was 2.1-3.1 W/cm. Deposition temperature ranged from 60 C to 220 C. Amorphous! ty of the films were checked by X - ray diffraction measurements Chemical composition of the films were determined by AES. Optical energy gaps were deduced from the intercepts of ^/öZt` v. s. E graphs. The measured energy gaps were in the range of 1.7 eV to 2.4 eV. Optical absorption curve were seen shifted to higher energies as the hydrogen or carbon content of the films increased. Electrical resistivity of the films were found to be strongly dependent on the partial hydrogen pressure of the plasma. Increasing partial hydrogen pressure the resistivity began to decrease, after 1.5 militorr partial hydrogen pressure the effect was seen reversed. Activation energies of the high hydarogen pressure samples were smaller than the half of their energy gaps. Monochoromatic photocurrent in âs-deposited a-SiC:H films, were observed increasing at the energies where optical absorption also increases. A local maximum of photocurrent was seen at 2.1 eV. further increasing the energy of the incoming photons caused a local minimum around 2.65 eV. It started to increase again and flattened at 3.1 eV. Also it was observed that beyond 3.5 eV (Variable with hydrogen/ carbon content) photocurrent decreased rapidly due to surface recombination of the carriers.100 Energy gap extrapolations were done using photocon ductivity data and two energy values were obtined. Regardless of the carbon/silicon ratio or deposition temperature, all films examined, showed Egl value smaller than the optical gap. For the samples with hydrogen content higher than 50 %, it was possible to make Eg2 extrapolation with a value of optical energy gap within experimental errofr. Using the above mentioned data, ESR results, hydrogen evaluation, IR spectrums and anneding data, we have deduced the following results: 1- The photoconductivity v.s. energy curves of low teprature deposited a-SiC : H shows a structure around 2.65 eV possibly dueto concentration fluctotions in Hand/or C. 2- Si O, : H films with X in the range of °J^XC 46 x 1-x /° ^ exhibit a DOS distribution at approximately 0.45 eV above the valance band. 3- Hydrogen causes dark conductivity to decrease, of ter reaching a minimum, the effect reverses. 4- Intensity dependence of photocurrent of the a-SiC samples lies between 0.6-1.0 for high temperature samples, can be bigger than 1 for the samples deposited at low temperature and low power.