Propriétés physiques des alliages amorphes hydrogénés silicium-carbone
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This thesis analyses the deposition of amorphous hydrogenated silicon-carbon thin film alloys from glow-discharge in silan methane mixture. At low power density, methane is not decomposed directly by electron impact, but only by chemicaly reactions with reactive silane species resulting from silane decomposition. This régime allows the reproducible preparation of materials with low carbon content << 20%> with a density of states <DOS> at the Fermi level comparable to standard a-Si:H. The carbon is incorporated into the the films as methyl group, which perturbs only slightly the local order of silicon atoms, as shown by photoelectron and Raman spectroscopy. When the methane content of the gas phase approaches 100 %, the deposition rate drops, and the carbon content in the films is limited to 35 - 40 %. The optical properties of this materials depend almost exclusively on the carbon content, unlike in the case of high power deposition. They can be represented by a simple two - band model in which the band structure is condensed into one single parameter, the average pag <Penn gap>. This parameter can be computed from dispersion curves of the refractive index. The DOS in the conduction and valence band is deduced from X ray absorption and emission spectra. Our results show that the average gap is close to the energy separation between the first peak in the conduction and valence band DOS ; both parameters increase with carbon content. The increase in the optical gap can therefore be associated to a scaling of the whole band-structure. Above 20% of carbon in the solid, deviative properties are found. They correspond to a change in carbon incorporation scheme (network incorporation via Si-CH -Si units)
Abstract FR:
Cette thèse analyse la déposition d'alliages amorphes hydrogénés silicium-carbone par décharge luminescente à radiofréquence dans des mélanges de silane et méthane ainsi que les propriétés optiques et électroniques de ces matériaux. A faible densité de puissance le méthane n'est pas décomposé directement par impact électronique, mais par réaction chimique avec des espèces réactives issues de la décomposition du silane. Ce régime permet la préparation reproductible de matériaux à faible teneur en carbone (< 20 %) ayant une densité d'états (DOS) au niveau de Fermi comparable à celle du a - Si : H standard. Le carbone est incorporé comme groupe méthyle, ce qui n'entraine qu'une faible perturbation de l'ordre local des atomes de silicium, comme montré par spectroscopie photo-électronique et Raman. Lorsque la teneur en méthane de la phase gazeuse approche les 100 %, la vitesse de déposition devient très faible, et la teneur en carbone des couches déposées est limitée à 35 - 40 %. Les propriétés optiques de ces matériaux ne dépendent pratiquement que de la teneur en carbone, contrairement à la déposition à forte puissance. Elles peuvent être représentées par un simple modèle à deux bandes, dans lequel la structure des bandes est caractérisée par un seul paramètre, le gap moyen (gap de Penn). Ce paramètre peut être calculé à partir des courbes de dispersion de l'indice de réfraction. La DOS dans les bandes de valence et de conduction est déduite de spectres d'absorption et d'émission de rayons X. Nos résultats montrent que le gap moyen est proche de la différence en énergie entre les premiers pics de la DOS des bandes de valence et de conduction, et augmente comme celui-ci avec la teneur en carbone. Au-delà d'une teneur en carbone de 20 %, on observe des propriétés optiques anomales qui correspondent à un changement du mode d'incorporation du carbone (incorporation dans le réseau de silicium: Si-CH -Si).