Mikrokristal silisyum ince film malzemelerin optoelektronik özelliklerine yaşlanmanın ve ısıl işlemin etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effect of aging and annealing on optoelectronic properties of hydrogenated microcrystalline silicon thin film materials
Yazar: MELİHA BAYRAK
Danışman: PROF. DR. MEHMET GÜNEŞ
Muğla Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmanın amacı; farklı mikro yapılara sahip ince film silisyum malzemelerin karanlık iletkenlik ve fotoiletkenlik özelliklerinin ısıl işlem öncesi ve sonrasındaki değişimleri belirlemek, azınlık yük taşıyıcı uzunluğunda nasıl bir değişime uğradığını bulmak, mikro yapıları ile ilişkisini açıklamak ve mevcut sonuçlarla optoelektronik özelliklerine yaşlanmanın ve ısıl işlemin etkilerini ortaya koymaktır.Mikrokristal silisyum ince film malzemelerde azınlık yük taşıyıcı uzunlukları kararlı durum ışıl yük taşıyıcı ağı yöntemi (SSPG) ile incelenmiştir. SSPG yöntemi ile gerekli parametreler hesaplanmıştır. Aynı zamanda karanlık iletkenlik ve fotoiletkenlik yöntemleri ile malzemenin optoelektronik özelliklerine katkıları incelenmiştir.İnce film malzemeler çok yüksek frekanslı plazma yardımlı kimyasal buhar fazdan büyütme (VHF-PECVD) ve radyo frekanslı plazma yardımlı kimyasal buhar fazdan büyütme (RF-PECVD) yöntemleri ile 2000C'de tutulan pürüzsüz cam taban malzemeler üzerine büyütülmüştür. Silan gazı oranları değiştirilerek ince filmlerin mikro yapıları değiştirilmiştir. İnce film silisyum malzemelerin kristal hacim oranları Raman Spektroskopisi ile belirlenmiştir. Malzemelerin optoelektronik özellikleri yaşlanmış ve tavlanmış durumda 300 K sabit sıcaklıkta incelenmiştir. Ayrıca 300 K- 400 K arasında malzemelerin karanlık iletkenlik ölçümleri alınarak yaşlanmış durumda ve ısıl işlem görmüş durumda elektronik özellikleri karakterize edilmiştir. Kararlı durum fotoiletkenlik yöntemi ışık akısı 1013 ile 1016 cm-2s-1'e kadar olan aralıkta çalışılmıştır ve ışık şiddetine bağlı ? fotoiletkenlik üstel parametresi yaşlanma ve ısıl işlem altında hesaplanmıştır.Elde edilen bulgular sonucunda karanlıkta, oda sıcaklığında (300 K) ve oda basıncında yaşlandırmaya maruz kalmış mikrokristal silisyumun doğrusal ve doğrusal olmayan SSPG grafiklerinde çeşitlilikler görülürken, vakum ortamında 300 K'de bu çeşitlilik kaybolmuştur ve yerine silan oranı arttıkça daha düzenli bir değişim gözlemlenmiştir. Buna ek olarak, SSPG' den ? parametresi yüksek kristal orandan amorf orana gidildikçe 1 ile -1 arasında değiştiği ölçülmüştür. Ayrıca laboratuvar ortamında, karanlıkta, oda sıcaklığında yaşlanmış durum ve tavlanmış durumda karanlık iletkenlik ve fotoiletkenlik değerleri bazı malzemeler için artarken bazı malzemeler için azalma görülmüştür. Ancak difüzyon uzunluklarındaki değişimde fotoiletkenlik değerlerinin değişimine ters bir değişim olduğu bulunmuştur.

Abstract:
The aim of the present study is to determine the change in the dark and photo-condutivities of the thin film silicon materials with different micro structures at aging and annealing conditions, to find out how the diffusion length of the minority carriers change with aging, to demonstrate it with respect to the micro structure of the materials.The diffusion length of the minority carriers for the microcrystalline silicon thin film materials is measured using the steady state photocarrier grating (SSPG) method. Also, the SSPG parameters are calculated. In addition to these, the optoelectronic properties of these materials is investigated with using both dark and photo-conductivities.The thin film silicon materials were deposited on the smooth substrates at 2000C using very high frequency plasma enchanced chemical vapor deposition (VHF-PECVD) and radio frequency plasma enchanced chemical vapor deposition (RF-PECVD) methods. The micro structure of these thin films was changed from amorphous to highly crystalline by adjusting the process gas silane concentration during deposition. The crystallinity was evaluated from Raman measurements. The optoelectronic properties of the materials in aged and in annealed were investigated at constant room temperature, 300 K. Also, the electronic properties were characterized by measuring the dark conductivity in aging and annealing conditions. Indeed, the steady state photoconductivity was measured under homogeneously absorbed polorized HeNe light for the flux densities 1013-1016 cm-2s-1. Moreover its exponent gamma, ? , was calculated.As the result of the data gathered from experiments, the linear and non-linear plots of the SSPG have been nearly the same value for each samples. Furthermore, the diffusion lengths of the materials from both plots have been varied by aging at room temperature and room pressure. However this variety has been disappeared at annealed state so the more regular change has been observed when silane concentration was increased. In addition to this, ? parameter has changed from 1 to -1 with the crystanility which is from the highest crystalline to amorphous phase. In conclusion, the change in the dark conductivity and photoconductivity at room temperature in aged and annealed conditions have been measured as decrease or increase sample by sample. However, the diffusion length of these materials have changed inversely.