Nanokristalize Edilmiş Amorf Silisyum İnce Filmlerin Magnetron Saçtırma Yöntemi İle Büyütülmesi

Abstract

Bu çalışmada nanokristalize edilmiş amorf silikon ince filmlerin sentezi yapılarak, güneş pili uygulaması için geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, çalışma sırasında DC Magnetron Saçtırma ve RF Magnetron Saçtırma cihazları kullanılmıştır. İlk olarak DC-Magnetron Saçtırma cihazı ile 1 Watt, 4 Watt, 10 Watt ve 15 Watt değerlerinde, titanyum biriktirilmiş silikon altlık üzerine, 18 °C ortam sıcaklığında, 300 Å kalınlığında silikon kaplama yapılmıştır. Daha sonra 1 Watt için 2 sccm ile 20 sccm ve 15 Watt için ise 0.8 sccm ile 20 sccm argon akış hızlarında kaplamalar yapılmıştır. Bu çalışmalardan sonra RF güç kaynağına geçilmiş ve bu sefer de kullanılan silisyum toz hedef malzemesi haricinde sisteme bir de altlık olarak kullanılan tek kristal silisyum altlık hedef malzemesi olarak eklenmiştir. Her bir hedef malzemesi için 10 Watt, 15 Watt ve 150 Watt güç değerlerinde kaplamalar yapılmıştır. Ardından RF gücünde üretilen ve her iki hedef malzemesinin de kullanıldığı iki ayrı numune üretilip, 800 °C’ de birer saat tavlama işlemi yapılmıştır. Yapılan her kaplama işleminin ardından numuneler vakum ortamından çıkarılmadan X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ile karakterize edilmiştir. Daha sonra numunelere Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Raman Spektroskopisi, X-Işınları Difraksiyonu (XRD) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) cihazları ile karakterizasyon işlemleri yapılmıştır. Yapılan tüm bu işlemler sonucu, karakterizasyon sonuçlarının ışığında önce yapıda amorf silisyumun eldesi sağlanmış, ardından yapılan tavlama işlemi ile beraber hedeflenen nanokristal silisyum elde edilmiştir.

In this work, nanocrystallized amorphous silicon thin films were synthesized and it was aimed to apply this to solar cell applications which are accepted as one of the most important alternative for renewable energy sources. In accordance with this purpose, DC Magnetron Sputtering and RF Magnetron Sputtering was used. At first, by using DC Magnetron Sputtering, samples were deposited on titanium deposited silicon substrates under 1 Watt, 4 Watt, 10 Watt and 15 Watt, at 18 °C temperature. Thickness was 300 Å for all samples. After that thin film depositions were done for 1 Watt at 2 sccm and 20 sccm and for 15 Watt at 0.8 sccm and 20 sccm argon flow rate. Later on, RF power source started to be used and at that time addition to the powder silicon target, single crystalline silicon substrate was started to be used as target. For each target, thin film depositions were done at 10 Watt, 15 Watt and 150 Watt. After all these, two samples were deposited by RF power and annealed at 800 °C for 1 hour. After all deposition procedure, X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) characterization was made without taking samples outside. Behind all of these, samples were characterized by Atomic Force Microscopy (AFM), Raman Spectroscopy, X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). As a result of these, by the investigation of characterization results, it is understood that amorphous silicon was obtained at first and then nanocrystalline silicon particles were acquired by annealing.