ETUDE DES PROPRIETES OPTIQUES DES COUCHES MINCES DE a-Si:H ELABOREES PAR PULVERISATION CATHODIQUE RADIOFREQUENCE : EFFET DE L’HYDROGENE

K. Mellassi1*, M. Chafik El Idrissi1, A. Chouiyakh1, A. Rjeb1, A. Barhdadi2

1 Laboratoire de Physique des Surfaces et Interfaces (L.P.S.I.), Faculté des Sciences Université Ibn Tofail,

B. P. 133, Kénitra 14000, Maroc

2 Laboratoire de Physique des Semiconducteurs et de l’Energie Solaire (P.S.E.S.), Ecole Normale Supérieure de Rabat,

B. P. 5118, Rabat 10000, Maroc

*Corresponding author. E-mail: k_mellassi@yahoo.fr

Received : 20 November 2000; revised version accepted :08 February 2002

Abstract

The present work consists in study of hydrogenated amorphous silicon thin films (a-Si:H). The films were prepared by radio-frequency cathodic sputtering [1] in a plasma of argon and hydrogen, under different partial pressure of hydrogen and from a polycristalline target of silicon. The optical parameters (thickness, index of refraction, optical gap, Urbach energy) were calculated from transmission spectra measured in UV-Visible-Infrared region. The results show that the optical gap (Eg) and Urbach energy (Eu) are the important parameters for the control of material optical properties, and that the hydrogen of a weak value of PH compensates dangling bonds. After an annealing at 350 and 600°C, we obtained an improvement of crystalline structure of layers and a good correlation between Eg and Eu.

Keywords: Silicon; Thin Films; Hydrogen; Thermal Annealing; Optical Properties; Radio-frequency cathodic Sputtering.

Résumé

Le présent travail consiste à étudier l’effet de l’hydrogène sur les propriétés optiques des couches minces du silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H). Les couches ont été préparées, sous différentes pressions partielles d’hydrogène, par pulvérisation cathodique radiofréquence [1] à partir d’une cible polycristalline de Si dans un plasma d’argon et d’hydrogène. Les paramètres optiques (épaisseur, indice de réfraction, gap optique, énergie d’Urbach) ont été calculés à partir du spectre de transmission mesuré dans la région UV - Visible - Proche Infrarouge. Les résultats obtenus montrent que Le gap optique (Eg) et l’énergie d’Urbach (Eu) représentent chacun l’un des paramètres les plus importants pour le contrôle des propriétés optiques d’un matériau, et que l’hydrogène joue le rôle d’un compensateur des liaisons pendantes pour les faibles valeurs de PH. Après recuit à 350 et 600°C nous avons obtenu une amélioration de la structure cristalline des couches et une bonne corrélation entre Eg et Eu .

Mots clés: Silicium; Couches minces-hydrogène; Recuit thermique; Propriétés optiques; Pulvérisation cathodique radiofréquence.

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