Fabrication and doping of thin crystalline Si films prepared by e-beam evaporation on glass substrate
E-beam buharlaştırıcıyla cam üzerine güneş gözeleri uygulamaları için silisyum ince filmlerin üretimi ve katkılaması
- Tez No: 338565
- Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN, DOÇ. DR. H. EMRAH ÜNALAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Energy, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 69
Özet
Bu tez çalışmasında, efüzyon hücreleri ile donatılmış elektron demeti buharlaştırma sistemi ile hazırlanmış silisyum ince filmlerin güneş gözeleri uygulaması için üretim ve katkılanması incelenmiştir. İnce film amorf silisyum (a-Si) tabakalar elektron demeti buharlaştırıcı ile üretilmiş ve eş zamanlı olarak efüzyon hücreleri ile boron ve fosfor katkılaması yapılmıştır. Gelecekte güneş gözeleri işlemleri için ince filmler cam alttaş üzerine üretilmiştir. A-Si ince film üretimini takiben filmlerin kristallenmesi sağlanmıştır. Kristal silisyum ince film elde etmek için, Katı Faz Kristallenme (SPC) ve Metalle İndüklemeli Kristallenme (MIC) yöntemleri kullanılmıştır. Kristallenme, klasik tüp fırınlama ve Hızlı Isıl Fırınlama (RTA) yöntemleriyle zaman ve sıcaklık değişkenlerine göre çalışılmıştır. Üretilen filmler, kimyasal ve yapısal karakterizasyon yöntemleri olan Raman spektroskopisi, X-Işını Kırınımı ve İkincil İyon Kütlesi Spektroskopisi (SIMS) ile incelenmiştir. Filmlerin elektriksel özellikleri katkılamanın fonksiyonu olarak Hall Etkisi ve akım-voltaj (I-V) ölçümleriyle çalışılmıştır.600 °C sıcaklık üzerinde SPC yöntemiyle başarılı kristallenme elde edildiği gösterilmiştir. MIC durumunda kristallenme 600 °C'nin altında gözlemlenmiştir. Katkılama için efüzyon hücresinden 600 °C ve 800 °C sıcaklıkları arasında fosfor buharlaştırılmıştır. Boron için buharlaştırma sıcaklıkları 1700 °C ve 1900 °C arasında olmuştur. Filmlerin kalınlık ve bant aralıkları elipsometrik yöntemle belirlenmiş ve sonuçlar farklı buharlaştırma sıcaklıkları için karşılaştırılmıştır. Katkılamanın sonuçları I-V ve Hall etkisi ölçümleriyle gözlenmiştir. Birçok koşulda katkılamanın yapıldığı görülmüştür. Görece yüksek sıcaklıklarda fırınlanmış örneklerin katkılanmasının beklenen sonuçlarla tutarlı olduğu ölçülmüştür. Bu sonuç, camdan gelen kirliliğe dayandırılmıştır. Bu kirliliğin nedenini anlamak için filmlerin ve camın kimyasal yapısı X-Işını Floresans Spektroskopisi (XRF) ile analiz edilmiş ve kirliliğin ana kaynağının cam olduğu görülmüştür. Bu kirliliği önlemek için, cam alttaşların yüzeyinin iyi bir difüzyon bariyeri olan Silisyum Nitrat (Si3N4) tabaka ile kaplanması öngörülmüştür.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, fabrication and doping of silicon thin films prepared by electron beam evaporation equipped with effusion cells for solar cell applications have been investigated. Thin film amorphous Si (a-Si) layers have been fabricated by the electron beam evaporator and simultaneously doped with boron (B) and phosphorous (P) using effusion cells. Samples were prepared on glass substrates for the future solar cell operations. Following the deposition of a-Si thin film, crystallization of the films has been carried out. Solid Phase Crystallization (SPC) and Metal Induced Crystallization (MIC) have been employed to obtain thin film crystalline Si. Crystallization was performed in a conventional tube furnaces and Rapid Thermal annealing systems (RTA) as a function of process parameters such as annealing temperature and duration. Produced films have been characterized using chemical and structural characterization techniques such as Raman Spectroscopy, X-Ray Diffractometer and Secondary Ion Mass Spectrometer (SIMS). The electrical properties of the films have been studied using Hall Effect and I-V measurements as a function of doping.We have demonstrated successful crystallization of a-Si by SPC at temperatures above 600 °C. The crystallization occurred at lower temperatures in the case of MIC. For doping, P was evaporated from the effusion cell at a temperature between 600 °C and 800 °C. For B, the evaporation temperature was 1700 °C and 1900 °C. The thickness and the band gap of the Si films were determined by ellipsometry method and the results were compared for different evaporation temperatures. The effect of doping was monitored by the I-V and Hall Effect measurements. We have seen that the doping was accomplished in most of the cases. For the samples annealed at relatively high temperatures, the measured doping type was inconsistent with the expected results. This was attributed to the contamination from the glass substrate. To understand the origin of this contamination, we analyzed the chemical structure of the film and glass by X-ray Fluorescence (XRF) and seen that the glass is the main source of contamination. In order to prevent this contamination we have suggested covering the glass substrate with Si3N4 (Silicon Nitride) which act as a good diffusion barrier for impurities.
Benzer Tezler
- Nanocrystalline ZnO:Al thin films prepared by sol-gel dip coating technique and ZnO: Al/p-Si heterojunctions
Sol-gel daldırmalı kaplama tekniği ile üretilmiş nano yapılı ZnO:Al ince filmler ve ZnO: Al/p-Si heterokavşaklar
ÖZGE KARACASU
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
- Katkılı ve katkısız çinko oksit (ZnO) ince filmlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of doped and undoped zinc oxide (ZnO) thin films
İDRİS SORAR
Doktora
Türkçe
2008
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA Z. TEPEHAN
- Capacitance-voltage and current-voltage characteristic properties of ZnO:Al/p-Si heterojunction
ZnO:Al/p-Si heterokavşakların kapasitans-voltaj ve akım-voltaj karakteristik özellikleri
YELİZ KÖSE
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Modeling and optimization of PECVD processes and equipment used for manufacturing thin film photovoltaic devices
İnce film fotovoltaik aygıt üretiminde kullanılan plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD) süreçleri ve ekipmanının modelleme ve optimizasyonu
ENGİN ÖZKOL
Doktora
İngilizce
2015
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERKAN KINCAL
- Sılar tekniği ile büyütülen cds ince filmlerin sandviç tipi devre elemanları yapımında kullanılması ve bu yapıların karakteristiklerinin incelenmesi
Using the cds thin films deposited by silar method in sandwich type devices and investigation of characteristics this structures
BETÜL GÜZELDİR
Doktora
Türkçe
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA SAĞLAM