SCL akımları yöntemi ile hidrojenlendirilmiş amorf silisyum-germanyum alaşımı n-i-n sandviç yapılarda elektronik kusur dağılımlarının incelenmesi

Abstract

İnce film olarak büyütülen hidrojenleştirilmiş amorf silisyum-germanyum (a-SiGe:H) alaşımlı malzemelerde amorf yapıdaki germanyum oranı arttırıldıkça yasak enerji aralığı azalmaktadır. Bununla beraber elektronik kusurların arttığı da bilinmektedir. Çok katmanlı güneş pillerinde, farklı germanyum oranlarına sahip hidrojenleştirilmiş amorf silisyum germanyum alaşımlı ince filmler ışığı soğurucu katman olarak kullanılarak daha geniş güneş spektrumunun soğurulmasıyla güneş pillerinin veriminin artması hedeflenmektedir. Hidrojenleştirilmiş amorf silisyum germanyum alaşımlı malzemelerin özellikleriyle ilgili önemli bilgiler yasak enerji aralığında yerelleşmiş elektronik kusur dağılımından elde edilir. Bu tür elektronik kusurların incelenmesinde kullanılan yapılardan birisi de metal(Cr)/n+-tipi a-Si:H/katkısız a-SiGe:H/n+-tipi a-Si:H/metal(SS) çok katmanlı n+-i-n+ tipi sandviç yapılardır. Bu çalışmada n+-i-n+ sandviç yapılarda sıcaklığa bağlı Uzay Yükü Sınırlı Akımlar (space charge limited currents- SCL akımları) yöntemi kullanılarak Fermi enerjisi etrafında yerelleşmiş elektronik kusurların dağılımı hakkında bilgi edinilmeye çalışılmıştır. SCL akımlar tekniği yüksek özdirençli katılarda elektronik tuzak dağılımını belirlemek için kullanılan yöntemlerden birisidir. Hidrojenleştirilmiş amorf silisyum ve germanyum alaşımlarında karanlıkta, sıcaklığa bağlı akım yoğunluğu-gerilim (J-V) ölçümleri yapılarak W. den Boer yaklaşımı ile durum yoğunluğu hesaplanmıştır (Den Boer, 1981). Değişik germanyum oranlarında büyütülmüş katkısız a-SiGe:H tabakalardan oluşturulmuş n-i-n yapılardaki mevcut elektronik kusur dağılımları incelendiğinde artan Ge oranı ile elektronik kusur dağılımında artış belirlenmiştir. a-Si:H n+-i-n+ yapılarda 1x1016 cm-3 eV-1 mertebelerindeki kusur dağılımı Ge oranının artması ile 4x1017 cm-3 eV-1 mertebelerine kadar artmaktadır.

Undoped hydrogenated amorphous silicon-germanium alloy (a-SiGe:H) thin film materials deposited with RF plasma enhanced chemical vapor deposition (RE-PECVD) method in n+-i-n+ device structure with different germanium content have been investigated using space charge limited currents (SCLC) method to determine the density of density of states in the bandgap of the material. Test sample hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) n+-i-n+ sample with 0at.%Ge have been also used to compare the results of a-SiGe:H n+-i-n+ samples as a function of Ge content. Temperature and voltage dependent dark current measurements have been carried out in vacuum and space charge limited current dominated region have been determined from non-linear current density-voltage characteristics. No effects on non-linear currents have been found due to Pool-Frenkel effect. The density of states located around dark Fermi level have been derived using the Den BOER approximation. The germanium content of the undoped a-SiGe:H layers have been determined from the EDX spectrum of the scanning electron microscope. It was found that dark Fermi level of amorphous silicon and amorphous silicon-germanium alloys is close to the midgap and showing slightly n-type behaviour. Analysis of the SCLC?s indicates that the density of states in a-Si:H n+-i-n+ devices is 1.0x1016 cm-3 eV-1. It increases to higher defect densities as Ge content of a-SiGe:H alloy increases. It is 1.0x1017 cm-3 eV-1 for 38 at.% Ge content a-SiGe:H n+-i-n+ devices and increases to 4.0x1017 cm-3 eV-1 for 62 at.% Ge content device. The results of a-Si:H n+-i-n+ devices are in agreement with those reported previously. The results for the density of states in a-SiGe:H n+-i-n+ devices agree well that increasing Ge content in the amorphous network results in increase in density of states in the bandgap of the material.