The Dependence of Electrical and Optical Properties of RF Sputtered Amorphous Silicon–Carbon Alloy Thin Films on Substrate Temperature and Hydrogen Flow Rate

Abstract

The dependence of optical band gap Eg and room temperature dark dc conductivity σDRT of rf-sputtered a-SiC: H films on substrate temperature Ts and hydrogen flow rate is investigated. For a given hydrogen flow rate, the optical band gap Eg is found to increase as Ts increase up to a critical value, and then decrease upon further increase of Ts. σDRT is found to decrease by about three orders of magnitude as Ts increases, reaching a minimum at 160 and 120 °C for flow rates of 9 and 20 scc, respectively. The conductivity activation energy Ea reaches a maximum, respectively, at the above substrate temperatures. Changes in the hydrogen flow rate from 9 to 20 scc result in an overall increase of the optical band gap by about 0.5 eV, while σDRT decreases by two orders of magnitude. For both hydrogen flow rates, 9 and 20 scc, the Meyer-Neldel rule is found to hold. Der optische Bandabstand Eg und die Gleichstrom-Dunkelleitfähigkeit bei Raumtemperatur, SgDrt, in a-SiC: H-Filmen, hergestellt mit RF-Sputtern, werden in Abhängigkeit von der Substrattemperatur Ts und von der Wasserstoffflußrate untersucht. Bei einer vorgegebenen Flußrate nimmt der optische Bandabstand Eg mit zunehmender Substrattemperatur Ts bis zu einem kritischen Wert zu und fällt bei weiterem Ansteigen der Temperatur Ts wieder ab. Die Dunkelleitfähigkeit ßDRT nimmt bei wachsendem Ts um etwa drei Größenordnungen ab und erreicht ein Minimum bei 160 bzw. 120 °C für Wasserstoffflußraten von 9 bzw. 20 scc. Die Leitfähigkeitaktivierungsenergie Ea erreicht ein Maximum bei den oben angegebenen Werten von Ts. Eine Ánderung der Wasserstoffflußrate von 9 auf 20 scc führt zu einer Zunahme des optischen Bandabstandes um ungefähr 0,5 eV, während σDRTum zwei Größenordnungen abnimmt. Zusätzlich zeigt sich. daß das Meyer-Neldel-Gesetz für beide Flußraten, 9 und 20 scc, gültig ist.