Plazma ile biriktirilmiş nanokristal silisyum filmlerin görünür-yakın kızılötesi bölge geçirgenlik ölçümleri ve yapısal özellikleri arasındaki korelasyonun incelenmesi

Abstract

Bu tezde, plazma destekli kimyasal buharlaştırmayla depolama (PECVD) tekniğiyle üretilen hidrojenlenmiş nanokristal silisyum (nc-Si:H) ince filmlerin mikro-/makro-yapısal özellikleri ve görünür-yakın kızılötesi bölge geçirgenlik (T) spektrumları arasındaki korelasyonu üzerine sistematik bir çalışma yapıldı. Öncelikle, üretim RF güç yoğunluğunun (100−444 mW/cm2) nc-Si:H film yapısına etkisi detaylıca tartışıldı ve mikro-yapı (düşük açılı X-ışını kırınımı (GAXRD) spektroskopisi ve dispersif Raman spektroskopisi ile değerlendirildi) ile makro-yapı (alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM) ile değerlendirildi) arasındaki karşılaştırma sağlandı. Daha sonra, filmlerin yapısal özellikleri verileriyle birlikte daha önce elde edilen çeşitli alttaban sıcaklıkları altında (80−200 °C) ve PECVD elektrodunun farklı bölgelerinde (merkez/kenar) büyütülen filmlerin verileri, görünür-yakın kızılötesi T spektrumlarıyla olan ilişkilerini belirlenmek için kullanıldı. Nanokristal hacmi yüksek olan ve FE-SEM yüzey kümeleri bulunduran bütün filmler için 650-900 nm bölgesinde maksimum T eğrisinin (TM) cam alttaban Tʼten (Talttaban) aşağıya doğru bir sapmasının olduğu ve bu sapmanın (Talttaban−TM) çoğunlukla GAXRD (111) tepe yüksekliğiyle doğru orantılı olduğu bulundu. Diğer yandan, kısmen veya tamamen pürüzsüz FE-SEM film yüzeyine sahip sırasıyla GAXRD (111) tepe yüksekliği çok düşük olan filmler veya tamamen amorf olan örnekler için TMʼnin sapması neredeyse yok, yani TM≈Talttaban. İlaveten, her filmin yapısal özelliğinin etkisi (yüzey pürüzlülüğü, sütunlar, makro-boşluk hacmi, geçiş tabakası (incubation layer), vs.), bazı verilerin `TMʼnin Talttabanʼdan sapmasına karşı GAXRD (111) tepe yüksekliği` lineer eğrisinin üzerinde yer almamasının sebebini açıklamak için kullanıldı.

In this thesis, the systematic study is done on correlation between visible−near-infrared transmittance (T) spectra and micro-/macro-structural properties of hydrogenated nanocrystalline silicon (nc-Si:H) thin films, produced by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique. Firstly, the effect of deposition RF power density (PRF: 100−444 mW/cm2) on nc-SiH film structure is discussed in detail and comparison between micro- (assessed through grazing angle X-ray diffraction spectroscopy (GAXRD) and dispersive Raman spectroscopy) and macro-structure (assessed through field emission scanning electron microscopy (FE-SEM)) is provided. Then, this data on the structural properties of the films together with the previously obtained data for the films grown under various substrate temperatures (80−200 °C) and at different regions of the PECVD electrode (center/edge) are used to establish their relationship with visible−near-infrared T spectra. It is found that for all the films having high nanocrystalline volume and FE-SEM surface conglomerates there is a downward deviation of maximum T envelope curve (TM) from the glass substrate T (Tsubstrate) in 650−900 nm region, and this deviation (Tsubstrate−TM) is usually linearly proportional to GAXRD (111) peak height. On the other hand, for the films with very low GAXRD (111) peak height or fully amorphous samples, which have partially or fully smooth FE-SEM film surface respectively, there is almost no deviation of TM, i.e. TM≈Tsubstrate. In addition, the effect of each film structural property (surface roughness, columns, macro-void volume, incubation layer, etc.) is used to explain why some data is not lying on the `deviation of TM from Tsubstrate vs. GAXRD (111) peak height` linear curve.