Kimyasal buhar biriktirme metodu ile hazırlanan silisyum tabanlı ince filmlerin kalınlıklarının optik yolla belirlenmesi
Optical determination of thickness of silicon-based thin films prepared by chemical vapor deposition method
Yazar: EMRAH ERKMEN
Danışman: PROF. DR. İSMAİL ATILGAN
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: CVD = CVD ; Yüzey kaplama = Surface coating

Özet:
Bu çalışmada, 250 oC?de PECVD tekniği ile  0.5 Torr basınçta, 45 W RF güç kullanılarak değişik oranlarda etilen içeren plazma atmosferinde hazırlanan silisyum tabanlı ince filmlerin kırılma indisleri ve  kalınlıkları belirlenmiştir. Film kırılma indisleri atomik yapıya bağlı olduğu için filme katılan atomların oluşturduğu hidrojenlenmiş amorf silisyum (a-Si:H) ve amorf karbür (a-C) yapılar incelenerek amorf silisyum karbür (a-Si1-xCx) yapısı tartışıldı. Ayrıca, plazma ortamında oluşan, film büyümesinde doğrudan etkili molekül ve radikal reaksiyonları incelenerek plazma atmosferinin silisyum karbür filmlere etkisi araştırıldı.
İnce filmlerde optik geçirgenlik ve yansıma özellikleri teorik olarak analiz edilip girişim saçaklarından kalınlık ve kırılma indisi hesaplamaları gözden geçirildi. Kırılma indisi bulunduktan sonra hesaplamalarda ortaya çıkan iki yöntem karşılaştırıldı; ardışık (yan yana) iki maksimum/minimum girişim saçağı kullanılarak doğrudan elde edilen kalınlık değerlerinin çok dağınık olduğu görüldü; diğer yöntemde ise saçak sıra sayısı m?ye karşı indis-dalgaboyu (n?) grafiği çizilerek hem extremum noktaların m sayısı tam olarak hem de film kalınlığı daha az belirsizlikle hesaplandı. Dolayısıyla, filmlerin kalınlıkları ve kırılma indislerinin belirlenmesinde ikinci yöntemin daha kararlı olduğu sonucuna ulaşıldı. Bu yöntemle yapılan hesaplamalar kullanılarak plazma atmosferindeki gaz karışımının sonuçlar üzerindeki etkisi analiz edildi ve üretilen filmlerin a-Si1-xCx karakteri taşıdığı anlaşıldı.

Abstract:
In this study, refractive indices and thickness were calculated for silicon-based thin films, prepared at 250 oC by PECVD technique under pressure of 0.5 Torr, 45 W RF power using plasma atmosphere of different ethylene concentrations. Since film refractive indices are dependent on the atomic structure, hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) and hydrogenated amorphous carbon (a-C:H) films formed by the atoms contributing to the film were investigated and amorphous silicon carbide (a-Si1-xCx) structure was discussed. In addition, by analyzing the molecule and radical reactions formed within the plasma and being effective in the film growth, the effect of the plasma atmosphere on the silicon carbide films was investigated.
By analysing theoretically optical transmission and reflection properties in thin films, the calculations of thickness and refractive index from interference fringes were revised. After determination of refractive  index, the two methods arising from calculatious were compared; it was found that the thickness values determined directly using successive two maximum/minimum interference fringes were scattered; while in the other method by drawing fringe number m versus n-? graph, the calculation of extremum paints m and film thickness is less uncertain. Therefore, it was concluded that the second method used for determination of the thickness and refractive indices is more decisive. By using the calculations via this method the effect of gas mixture in plasma atmosphere on the results was analysed. It was found that the prepared films possess a-Si1-xCx character.