Hidrojenlendirilmiş nanokristal silisyum (nc-Si:H) tek katman örneklerin üretimi ile elektronik ve optik özelliklerinin incelenmesi
Fabrication of hydrogenated nanocrystalline silicon single layer thin films and investigation of their electronic and optical properties
- Tez No: 346118
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. AKIN BACIOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: nc-Si:H, c-Si:H, nanokristal silisyum, mikrokristal silisyum, nc-Si:H, c-Si:H, nanocrystalline silicon, microcrystalline silicon
- Yıl: 2013
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 85
Özet
Hidrojenlendirilmiş nanokristal silisyum (nc-Si:H) ve mikrokristal silisyum (?c-Si:H) ince film örnekler, PECVD sisteminde, yüksek oranda hidrojen (H2) ile seyreltilmiş silan (SiH4) gazının 13,56 MHz RF plazması kullanılarak, cam ve kristal silisyum alttabanlar üzerine büyütülmüştür. İnce filmlerin üretilmesinde 200 ve 1900 mTorr kazan basınçlarında; 300 ve 150 ?C alttaban sıcaklıklarında iki seri örnek hazırlanmıştır. Örnek hazırlama koşulları, çoğunlukla RF gücü ve H2 seyreltme oranları ayarlanarak yapılmıştır. H2 seyreltmesi % 85 ? 99 aralığında yapılmış, RF gücü ise 10 ? 30 W aralığında uygulanmıştır. Seyreltme oranının ayarlanması için, H2 gazının akış hızı 100 sccm?de sabit tutulurken, SiH4 gazı akış hızı 1 ? 17 sccm aralığında değiştirilmiştir. Örneklerin karakterizasyonunda Raman saçılması, optik geçirgenlik, sıcaklığa bağlı karanlık iletkenlik ve sabit fotoakım yöntemi, (CPM), ölçümleri kullanılmıştır. Raman saçılması deneylerinin sonucunda, amorf faza ilişkin ka = 480 cm-1 dalga sayısında gözlenen Raman kayması sinyaline ek olarak, oluşan kristal boyutlarının büyüklüğüne bağlı olarak, nanokristal faza ilişkin km = 510 cm-1 ve mikrokristal faza ait kc = 520 cm-1 dalgasayılarında karakteristik pikler gözlenmiştir. Kristal fazlara ilişkin 510 ve 520 cm-1 pikleri ile amorf faza ilişkin 480 cm-1 bandının şiddetleri kullanılarak kristalleşme oranları hesaplanmıştır. RF gücü 10 W ve daha küçük güçlerde hazırlanan örneklerde, hiç bir seyreltme oranı için kristalleşmeye rastlanmamıştır. RF gücü 20 W değerinde sabit tutularak, H2 seyreltmesi dH = % 85 - 99 aralığında tarandığında, kristalleşme XC = % 37 ? 21 aralığında değiştirilebilmiştir. H2 seyreltme oranı % 99?da sabit tutularak RF gücünün 15 - 30 W aralığında tarandığı örnek setinde ise, kristalleşme % 19 ? 58 aralığında değişmiştir. Örneklerin Tauc optik aralığı, E_g^Taucun 1,77 ? 2,02 eV aralığında, Cody optik aralığı, E_g^Codynin ise 1,70 ? 1,96 eV aralığında, kristalleşmeye bağlı olarak, değiştiği gözlenmiştir. Karanlık iletkenlik aktivasyon enerjisinin de kristalleşme oranına bağlı olarak ~1.2 eV?tan ~0,9 eV?a azaldığı gözlenmiştir. Kristalleşme oranına bağlı yasak enerji aralığının artışı ve aktivasyon enerjilerinin değişimleri, amorf-mikrokristal fazlar ve nanokristal yapıların kuantum boyut etkisine dayandırılarak tartışılmıştır. 20 W?lık sabit RF gücü kullanılarak farklı seyreltme oranlarında büyütülen ve % 99?luk sabit seyreltme oranı kullanılarak farklı RF güçlerinde büyütülen örnekler için Urbach parametrelerinin değişimi kristalleşme oranına bağlı olarak tartışılmıştır.
Özet (Çeviri)
Hydrogenated nanocrystalline silicon (nc-Si:H) and microcrystalline silicon (?c-Si:H) thin film samples have been produced on glass and crystalline silicon wafer substrates by using highly diluted silane gas (SiH4) with hydrogen (H2) in a RF-PECVD system operating at 13,56MHz. Two different set of samples have been prepared at vacuum chamber pressures of 200 and 1900 mTorr and at substrate temperatures of 300 and 150?C. Most of the samples were deposited at these conditions by varying RF power within the range of 10 - 30 W and H2 dilution rate between 85 - 90%. To adjust the H2 dilution rate, the flow rate of H2 was kept constant at 100 sccm and SiH4 flow rate were changed within the range of 1 and 17 sccm. To characterize the thin film samples, we used the experimental techniques mainly Raman scattering, optical transmission, temperature dependent dark conductivity, constant photocurrent method. As a result of Raman scattering experiments, besides observing the Raman shift band, due to the amorphous phase ka = 480cm-1, we also observed two more peaks one at km = 510cm-1 which is related to nanocyrstalline phase and the other at kc = 520cm-1 which is attributed to microcrystalline. The crystallinity ratios were calculated by using the ratio of the integrated intensity of nanocyrstalline and microcrytsalline formation observed at the wavenumber of 510 and 520 cm-1 to that of amorphous phase observed around 480 cm-1. For none of the dilution rates for the samples prepared at RF power of 10 W or below, formation of crystallinity has been obtained. The set of samples prepared at constant RF power of 20 W and by changing hydrogen dilution from 85 to 99 %, was observed to have the crystallinity ratios ranging from XC = 37 to 21%. Finally the set of samples prepared at constant hydrogen dilution ratio of 99% and by varying RF power between 15 and 30 W, was calculate to have the crystallinity ratios changing from 19 to 58 %. The Tauc gap E_g^Tauc of the samples were calculated as in the range of 1,77 ? 2,02 eV and Cody gap E_g^Cody at the range of 1,70 ? 1,96 eV, depending on the crystallization ratio. It has been also observed the dark conductivity activation energy changes from ~1.2 to ~0,9 eV by depending on the crystallization ratio. The change in activation energies and the increase of the band gap energies of the samples with respect to the crystallinity ratio has been discussed and concluded considering the quantum size effect of nanocrystalline formation and amorphous-microcrystalline phase seperation. Moreover the variation of Urbach parameters of the samples has been discussed by the depending on the crystallization ratio.
Benzer Tezler
- Effect of deposition parameters on silicon layers transition from amorphous phase to micro/nano-crystalline phase in different deposition techniques
Farklı uretım metodları kullanılarak büyütülen silisyum tabakalarının amorf fazdan mikro/nano kristal fazına geçişi
GİZEM NOGAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Hidrojenlendirilmiş nanokristal silisyum alt-oksit (nc-SiOx:H; x<1) ince filmlerin üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication of hydrogenated nanocrystalline silicon suboxide (nc-SiOx:H, x<1) thin films and their characterization
KEMAL RÜZGAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AKIN BACIOĞLU
- Nanoyapılı ince film örneklerin, geçirmeli ve yüzey taramalı X-ışını saçılma yöntemleri (SAXS-GISAXS) ile incelenmesi
Structural investigation of nanostructured thin film samples by using transmitted and grazing incident (SAXS-GISAXS) X-ray scattering methods
BEGÜM ÇINAR BAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMRA İDE
- Amorf silisyumun alüminyum ve altın etkileşimli kristalleştirilmesi, elektriksel ve soğurma özelliklerinin incelenmesi
Aluminum and gold induced crystallization of amorphous silicon, investigation of electrical and absorption properties
ADNAN MÜSLİM MENEVŞE
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AKIN BACIOĞLU
- 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