ABSTRACT Intrinsic hydrogenated microcrystalline silicon thin films prepared by VHF- PECVD and HW-CVD methods under different deposition conditions have been investigated using steady state photoconductivity method (SSPC), photothermal deflection spectroscopy (PDS) and dual beam photoconductivity (DBP) method, and transmission spectroscopy. Absorption spectra of the investigated thin films were measured in a wide energy region using PDS and DBP. A procedure, for the firs time, was used to calculate fringe free absolute absorption coefficient of thin films from DBP yield spectrum and simultaneously measured transmission signal. The results were found to be in agreement with those of PDS above the bandgap energy. However, there are differences between below the bandgap energy in the spectra of bom methods. The differences are discussed to be consistent with the underlying physics of these methods. For some of investigated thin films there are remaining fringes in the a(hv) spectra measured using both methods. This is a strong indication of inhomogeneity present in the films in growth direction. DBP measurements were also performed for ac monochromatic light incident from substrate side in order to investigate the effect of inhomogeneous microstructure of the material on the absorption spectrum. It is found that some films have remaining fringes on their spectra for back ac measurements both for VHF-PECVD and HW-CVD grown thin films, whereas there is no remaining fringes observed for front ac measurements or vice versa. These findings are discussed to be an indication of inhomogeneity in growth direction which is already reported from TEM and Raman study. Sub-bandgap absorption coefficients a(0.8 eV) were correlated with the silane concentration, which is main parameter to change the microstructure of these films. It is found that the thin films that deposited in the transition region, where a transition from a fully amorphous growth to full microcrystalline growth occurs, have smaller absorption coefficients indicating that the thin films deposited at transition region have less defect density. However, thin films deposited at the highly crystalline region have the highest defect density due to etching effect of H during the deposition. These results are also consistent with reported ESR studies.

oz VHF-PECVD ve HW-CVD metodlan ile büyütülmüş katkısız mikrokrokristal silisyum ince filmler, durağan hal ışıl iletkenlik, ışıl ışın saptırma izgegözlem (PDS)ve iki demetli ışıl iletkenlik (DBP) methodlan kulamlarak incelenmiş ve malzemenin mikroyapısımn elektronik ve optik özeliklerine etkisi anlaşılmaya çalışılmıştır. Bu malzemelerin soğurma spekturumlan geniş bir enerji aralığında elde edilmiştir. İki demetli ışıl iletkenlik (DBP) methodundan girişim saçaksız mutlak soğurma katsayisi izgesinin elde edilebilmesi için bir method, literatürde ilk kez, denenmiş ve elde edilen sonuçlar bağımsız olarak PDS deney düzeneğinden elde edilenlerle karşılaştrnlmıştrr. PDS ve DBP metodlanndan elde edilen soğurma katsayısı izgesinin bant enerjisine kadar uyumlu olduğu gözlenmiş bant enerjisinin altında meydana gelen fark ise iki methodun farklı fiziksel temelere sahip olusuyla açıklanmıştır. İncelenen filmlerin bazıları için her iki metot ile elde edilen izgelerinde kalıcı saçaklar gözlenmiş olup bu saçakların varlığı malzemenin homojen olmayan yapışma bağlanmıştır. Bu etkiyi dahada derinlemesine incelemek için DBP deneyleri alışılagelmiş şeklinden hariç olarak, tekrenk ışık alttabaka cam (substrate) tarafından gelecek şekildede yapılmışta. Bazı filmler için ön taraf ölçümlerinde saçak kalırken bazılarında da durum bunun tam tersidir. Elde edilen sonuçlar bu malzemelerin büyütme doğrultusunda kaydadeger sayılabilecek bir farklılık gösterdiği sonucuna işaret etmektedir. Elde edilen bant içi soğurma değerleri, 0,8 eV için malzemenin mikroyapısını belirleyen temel parametre olan silane gazı konsantrasyonu ile ilişkilendirilmiştir. Eldeki veriler mikrokristal silisyum için bu film büyütme metodlannda, amorf fazdan mikrokristal faza geçişin gözlendiği kritik silane gazı konsantrasyon değeri civarında büyütülen filmlerin soğurma katsayılarının en düşük olduğunu göstermiştir. Bu değerler geçiş bölgesinde büyütülen ince film malzemelerde en az seviyede elektronik kusur bulundğunu göstermektedir. Buna karşılık, düşük silane gazı konsantrasyonlannda büyütülen ince filim malzamlerde cok yüksek yoğunluklarda elektronik kusurlar olduğu anlaşılmıştır. Bu bulgular literatürde yayınlanan ESR sonuçlan ile de uyumludur.