Plazma ile biriktirilmiş nanokristal silisyum filmlerin düşük alttaban sıcaklık optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, hidrojenlenmiş nanokristal silisyum (nc-Si:H) filmler endüstriyel olarak kabul edilen kapasitif eşleşmiş plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD) tekniği kullanılarak düşük alttaban sıcaklıklarında (Ts) üretildi. Biriktirme esnasında silan gazı hidrojen ile yüksek oranında seyreltildi ve daha önce optimize edilmiş yüksek radyo frekans (RF) güç yoğunluğu kullanıldı. Yüksek RF güç yoğunluğunun oluşturduğu yüksek enerjili iyon bombardımanı alttaban sıcaklığında kararsızlığa sebep olduğu gözlendi. Bundan dolayı ilk önce, kullanılan yüksek RF güç yoğunluğu için en düşük kararlı Ts'yi saptamak amacıyla filmler değişen Ts'lerde büyütüldü ve bu sıcaklık 80 ºC olarak belirlendi. Daha sonra, nc-Si:H ince filmler Ts = 80 ºC ? 200 ºC aralığında büyütüldü ve filmlerin yapısal, optik ve elektriksel özellikleri üzerine Ts'nin etkisi sistematik bir şekilde incelendi. Ayrıca, filmler mevcut PECVD sisteminin hem gaz girişinin altında hem de uzağında büyütüldü, böylece iki örnek yer için her Ts'de karşılaştırma çalışması yapıldı. Film karakterizasyon ölçümleri X-ışını kırınım, Fourier dönüşümlü kızılötesi ve morötesi-görünür bölge geçirgenlik spektroskopi yöntemleri kullanılarak gerçekleştirildi. Sonuç olarak, elde edilen verilerden, üretilen nc-Si:H filmlerin optimum Ts'si esnek plastik alttabanlar üzerine ince film aygıt uygulamaları amacıyla belirlendi.

In this work, hydrogenated nanocrystalline silicon (nc-Si:H) films were produced by the industrially accepted capacitively-coupled plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique at low substrate temperatures (Ts). During deposition, silane gas was highly diluted by hydrogen and the previously optimized high radio frequency (RF) power density was utilized. It was observed that the high-energy ion bombardment due to the high power density led to the substrate temperature instability. Therefore firstly, to establish the lowest stable Ts for the utilized high RF power density, the films were deposited at floating Ts and this temperature was determined to be 80 ºC. Afterwards, nc-Si:H thin films were produced within Ts = 80 ºC ? 200 ºC interval and the effect of Ts on the structural, optical and electrical properties of the films was investigated in a systematic way. In addition, the films were grown both directly under the gas inlet of the PECVD system at hand and away from it, so that the comparison study was done on the two sample positions at each Ts. The film characterization measurements were utilized by X-ray diffraction, Fourier transform infrared and UV-visible transmittance spectroscopy methods. Finally, from the obtained data, the optimum Ts of the deposited nc-Si:H films was determined for the applications of thin film devices produced on flexible plastic substrates.