Mikro kristal silisyum ince film malzemelerde yaşlandırma işlemlerinin malzemenin optoelektronik özelliklerine etkisi
Aging effect on optoelectronic properties of microcrystalline siliicon thin film materials
Yazar: HAMZA CANSEVER
Danışman: PROF. DR. MEHMET GÜNEŞ
Muğla Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: İletkenlik = Conductivity ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Bu çalışmanın amacı; VHF-PECVD tekniği ile büyütülmüş mikro-kristal ve amorf silisyum ince film malzemelerin farklı yaşlandırma ortamlarına maruz kaldıklarında optoelektronik özelliklerinin değişimini gözlemlemek ve farklı yaşlandırma ortamlarının silisyum ince film malzemelerde yarattığı kararsızlık probleminin anlaşılmasına katkıda bulunmaktır.Bu tez kapsamında ilk defa sistematik ve ayrıntılı olarak kristal hacim oranı yüksek bir mikrokristal silisyum malzeme hem kontrolsüz laboratuar atmosferinde hem de vakumlu kriostat içinde kontrollü gaz ortamlarında (N2, Ar, He, O2) ve saf su ortamında yaşlandırma işlemine maruz bırakılarak atmosferdeki gaz bileşenlerinin bireysel olarak yarattığı etkiler sıcaklığa bağlı karanlık iletkenlik, ışık şiddetine bağlı fotoiletkenlik ve düşük enerjili optik soğurma katsayısı ölçümleri kullanılarak incelenmiştir. İlk defa DBP tekniği vakum ortamında kullanılarak yaşlandırma işlemlerin optik soğurma katsayısı spektrumuna etkisi incelenmiştir.Mikrokristal silisyum ince film malzemelerde elde edilen bulgular iki türkü kararsızlık probleminin olduğunu ortaya koymaktadır. Birincisi, vakumun oluşması sırasında görülen ?ön kararsızlık problemi? zamanla öziletkenlik değerlerinin değişimini göstermektedir. İkincisi ise, kararlı durumda ölçülen öziletkenlik değerlerinin yaşlandırma işlemi sonunda kayda değer bir şekilde artmasıdır. Azot ve argon gazı ile yaşlandırma sonucu geri dönüşümlü öziletkenlik değişimi olurken, helyum gazı altında yaşlandırma işlemi öziletkenlik değerlerini etkilememiştir. Saf su ve oksijen gazı altında ise çok ciddi öziletkenlik artışı olmakta ve öziletkenlik değerleri kısmen ısıl işlem değerlerine dönmektedir. Amorf silisyum malzemenin öziletkenlik değerleri ise aynı gazlar ve koşullar altında yaşlandırma işlemlerinden hiç etkilenmemiştir. DBP yöntemi ile elde edilen optik soğurma katsayısı spektrumu ise mikrokristal silisyum malzemenin yasak enerji aralığı içinde yerelleşmiş elektronik kusurlarda bir değişime işaret etmektedir. Azot ve argon gazı altında yaşlandırma işlemleri sonucu düşük enerjilerdeki ?(hv) değerleri kısmen artış göstermiş ve ısıl işlem ile bu artış ortadan kalkmıştır. Helyum gazı hiçbir değişime neden olmazken, saf su ve oksijen yaşlandırma işlemleri sonucu ?(hv) spektrumu kayda değer azalmalar göstermiştir. Bu azalmanın nedeni yasak enerji aralığı içindeki karanlık Fermi seviyesi EF'nin altındaki elektronlarla dolu tuzak yoğunluklarının azalmasındandır. Amorf silisyum malzemenin DBP bulguları sonucunda malzemenin aynı yaşlandırma işlemleri sonucunda atmosferik gazlardan (O2, N2, Ar, He) ve saf su ortamından etkilenmediğini belirtmektedir. Optik soğurma katsayısı spektrumunda hiçbir değişim gözlenmemiştir.

Abstract:
The purpose of this thesis is to investigate optoelectronic changes and contribution of understanding of instable conditions on microcrystalline and amorphous silicon thin films, which have been aged in different medium and deposited by VHF-PECVD technique.In this thesis uncontrolled air medium and control air component gases, which were used in cryostat, effect studied on highly crystalline microcrystalline silicon thin film by using temperature dependent dark conductivity, flux dependent photoconductivity and Dual Beam Photoconductivity technique (DBP). In this thesis, DBP technique was applied first time under high vacuum condition and how ageing effect absorption coefficient spectrum was also investigated. Data show that there are two type of instability problem on microcrystalline silicon thin films. First one is pre-instable situation which occurs while vacuum level establish. At that period, conductivity values changes through time. The second one is after establishment of vacuum level and stable condition. However in stable condition conductivity values not changing with time but increase after ageing affect. After ageing of Nitrogen and Argon gases, sample?s conductivity values change but these changes are reversible. In addition to that, Helium is not aged sample and conductivity values were not changed after Helium atmosphere. On the other hand, Distilled water (DW) and Oxygen ageing show very high effect on conductivity values and these conductivity values not reversible even application of 440K heat treatment. Same atmosphere condition also applied for amorphous sample but amorphous sample?s conductivity values are not affected by these conditions.As a result of absorption coefficient spectrum data, which were measured by DBP technique, show that there are some changes in electronic defect state in band gap of microcrystalline silicon. Nitrogen and Argon ageing show slightly increase in low energy part of ?(hv) and this changes are reversible after heat treatment. Helium shows no ageing effect on ?(hv). DIW and Oxygen ageing shows significant decrease on ?(hv). The reason of decrease of ?(hv) spectrum on microcrystalline is, decrease of density of defect states, which is occupied by electron, lies under dark Fermi level. Amorphous silicon sample is not effected by atmospheric condition (O2, N2, Ar, He) and DIW medium. This is also seen in absorption coefficient spectrum.