水素化된 非晶質 게르마늄의 特性調査(Ⅱ) = Charaterization of Hydrogenated Amorphous Germanium(Ⅱ)
Reactive thermal evaporation(RTE) was developed as a new method to deposit hydrogenated amorphous germanium(a-Ge:H) films. The RTE was carried out by the evaporation of high purity polycrystalline germanium(nominally 6N) in an atmosphere of hygrogen plasma produced by high voltage AC(3 KV) discharge of molecular hydrogen gas of nominal purity 4N. The addition of hydrogen during the thermal evaporation of germanium has been shown to improve the electrical and optical properties of the resulting amorphous germanium(a-Ge) films considerably by saturation of dangling bonds, if the dissociation of molecular hydrogen takes place.
Electrical conductivity and its annealing behavior, optical absorption coefficient and optical band gap (E^opt_g), electron probe microanalyzer(EPMA) and X-ray diffraction were used to characterize the samples. Variables preparing and treating samples were hydrogen plasma pressure, P_H(0.2 Torr, 0.5 Torr, 1 Torr and 2 Torr) and annealing temperature, T_a(200 to 400℃). The electrical conductivities were measured as a function of inverse temperature(10^3/T) and hydrogen plasma pressure for the a-Ge and the a-Ge:H. The sample prepared at optimum conditions show the activated type conduction(with an activation of 0.38-0.39eV) in measuring temperature range(above RT) and contain the stable germanium-hydrogen bonds which are not broken even after annealing at 400℃. The samples prepared below or above 1 Torr have shown the hopping conduction to higher temperature than the samples prepared at 1 Torr. These were interpreted as insufficient hydrogenation below 1 Torr or as impurity incorporation above 1 Torr, respectively.
Optical properties of a-Ge:H were measured as a function of deposition temperature (T_s) and hydrogen plasma pressure. Optical band gap decreases with T_s for a-Ge : H(1.58 to 0.9 eV for T_s of RT to 300℃) and increases with P_H (1.1 to 1.27 eV for P_H of to 2 Torr)
The content of hydrogen in samples was proved to be effectively controlled by changing T_s and P_H. Optimal conditions of sample preparation from the view point of electrical and optical properties were determined to be substrate temperature of 200℃ and hydrogen plasma pressure of 1 Torr. From this study, we have shown that the RTE is the effective, safe and simple method to produce a-Ge:H films.
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