A-Si1-xCx: H filmlerin TSC (thermally stimulated conductivity) ve fotoiletkenlik ölçümleri ile incelenmesi

Abstract

iv ÖZET Bu çalışmada, düşük oranda karbon içeren (x<0.3) hidrojenlendirilmiş amorf slllkon-karbon alaşımları (a-Siı^C^H) bir plazma biriktirme sisteminde silan (SIH4) ve metan (CH4J gazlarının bileşenlerine ayrıştırılmasıyla cam tabanlar üzerinde İnce film olarak hazırlanmıştır. Farklı oranlarda karbon İçeren denekler üzerinde; karanlık iletkenlik, fotoiletkenUk ve ısıl uyarmak İletkenlik (TSC -Thermally Stimulated Conductivity) deneyleri 85-425K sıcaklık aralığında yapılmıştır. Karanlık İletkenlik ölçüleri, kristal yarıiletkenlerde olduğu gibi, tek aktivasyon enerjili bir İletkenlik göstermiştir. Karbon oranı arttırıldığı zaman İletkenliğin azaldığı, aktivasyon enerjisi ve optik bant aralığının arttığı gözlenmiştir. Karbon içermeyen, a-Si:H denekte, optik bant aralığı 1.70eV iken x=0.20 olan a-Slı_xCx H denekte 2.04eV olarak ölçülmüştür. FotoiletkenUk deneyleri, 585nm dalga boylu led grubu ışık kaynağı olarak kullanılarak 4*1011-2*10İ4 foton/cm28. foton atası aralığında sıcaklığın fonksiyonu olarak İncelenmiştir. Düşük oranda karbon içeren deneklerin fotoiletkenllğUıJn sıcaklıkla değişimi a-SiH'a benzemektedir. Karbon oranı arttıkça fotoiletkenllkte büyük azalma gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, Zhou ve Elliot'un (1992) a-Sl:H için ortaya koydukları bant uzantısı rekomblnasyonu modeli ile açıklanmaya çalışılmış ve filmlerdeki karbon oranı arttıkça bant uzantısı ve kopuk bağ enerji düzeylerinin hızla birbirlerine yaklaşarak sayılarının arttığı sonucuna varılmıştır. a-Si:H deneğin TSC eğrisinde, literatürde sıkça rastlandığı gibi, biri 115K'de diğeri İse 295K`de olmak üzere İki tepe gözlenmiştir. x arttıkça, hem alçak hem de yüksek sıcaklık tepeleri daha yüksek sıcaklıklara kaymışlardır. Alçak sıcaklık tepesindeki kayma yerelleşmiş enerji düzeylerindeki artıma bağlanırken, yüksek sıcaklık tepesindeki kayma aktivasyon enerjisindeki artma ile açıklanmıştır. TSC ölçülerinden yapıya güren karbonla beraber yerelleşmiş enerji düzeylerinin sayışırım çoğaldığı bulunmuştur.Düşük oranda karbon içeren deneklerden bir tanesinde uzun süre şiddetli ışık altında bırakılmasıyla Staebler-Wronski etkisi (SW etkisi) İncelenmiştir. Denek 425K'de tavlandıktan ve şiddetli ışık altında bırakıldıktan sonra fotolletkenllk sıcaklığın fonksiyonu olarak İncelendiğinde, yüksek sıcaklıktaki fotoiletkerütkte büyük fark gözlenirken düşük sıcaklıklarda bu fark giderek azalmaktadır. Bant uzantısı rekombinasyomı modeline göre, bu davranış, deneğin şiddetli ışık altında bırakılmasıyla kopuk bağ enerji düzeylerinin hızla arttığını gösterirken bant uzantısı düzeyler şiddetli ışıktan etkilenmemişlerdir.

vl SUMMARY In tills study, hydrogenated amorphous silicon carbon alloys (a Sii_xCx:IT) containing carbon at low rates (x<0.3) are prepared as thin films on glass substrates with the decomposition of sllan (SIH4J and methane (CH4) gases In a glow discharge system. Experiments of dark conductivity, photoconductivity and thermally stimulated conductivity fTSC) are on samples containing carbon at different rates carried out within the temperature range of 85-425K. Dark conductivity measurements displayed single activated conductivity as in the case of crystal semiconductors. It is noticed that conductivity dwindles, activation energy and optical band gap Increases when carbon rate is raised. While the optical band gap of a a-St:H sample, containing no carbon, was 1.70eV, in a sample of a- Sli _XCX:H where x=0.20, the gap was measured to be 2.04eV. Photoconductivity measurements are as a function of temperature conducted within the photon flux range of 4*1011-2*1014 photon/cm2s. by using as light source 585nm LED group. Variation with temperature of photoconductivity of samples containing carbon at low rates Is similar to a-Sl:H. It is noted that photoconductivity dwindles as the carbon rate Is Increased. Results obtained are attempted to be clarified throught the band tail recombination model defined by Zhou and Elliot (1992) for a-Si:H and it Is concluded that bant tails and dangling bond energy states come rapidly close to each other as the rate of carbon in films increases, which causes their number to grow. On the TSC curve of a-Si:H sample, two peaks, one of which at 1 15K, the other one at 295K, are noticed, of which frequent mention is made In the lltterature. As x was increased, both low and high temperature peaks moved to further temperatures higher than the previous ones. While the shift at the low temperature peak 1b considered associated with Increase in localized energy states, the shift at high temperature peak is explained by the increase In the activation energy. It is foundvll that the number of localized energy states Increases with the entering Into the structure of carbon. Through submission to a dense light for a long duration of one of the samples containing carbon at low rates, the Staebler-WronBki effect Is investigated. After the sample is annealed at 425K and made subject to a dense light, the photoconductivity Is Investigated as a function of temperature, where it is noticed that the photoconductivity at high temperatures varies, whereas this variation at low temperatures gradually decreases. According to the bant tail recombination model, this behaviour indicates that the sample subject to dense light has an increase in number of dangling bound energy states, while the band tail states remain unaffected by the same light.