Formation of Ge nanocrystals with cw laser irradiation of SiOx:Ge thin films

Germanyum ve silisyum elektromanyetik spektrumun görünür ve yakın kızılötesi bölgesinde etkili soğuruculuğa sahip malzemelerdir bu nedenle optoelektronik aygıt ve güneş pili uygulamalarında tercih edilirler. Düşük maliyet, yaygun kullanım ve kararlı yapısından dolayı güneş pili uygulamalarında Si ve Ge materyalleri tercih edilmektedir. İndirekt bant aralığına sahiptirler ve indirekt bant aralıklı malzemelerin soğurma verimlilikleri direkt olanlardan daha azdır. Nanometric boyutlara azalan malzemelerin, indirekt bant aralığından, direkt bant aralığına, bant aralığı artacak şekilde geçişi sağladıkları bilinmektedir. Bu nedenle malzeme boyutlarının düşürülmesi ile, hem bant aralağında maviye doğru kaymasına hem de emilim özelliğindeki artışa ulaşılabilir. Bu çalışmada, SiOx:Ge ince filmleri farklı germanyum konsantrasyonlarında üretilmiş ve 488 nm'de Ar+ sürekli dalga lazeri ile tavlanması, SiOx matriksinin içerisinde Ge nanokristal oluşumu ile sonuçlanmıştır. Örneklerin kompozisyon analizi Rutherford Geri Saçılma Spektroskopisi, optik özelliklerinin belirlenmesi elipsometri ile yapılmıştır. Tavlanmış örneklerdeki kristal oluşumu Raman spektroskopisi ile doğrulanmıştır. Yüzey yapısı, iğneli yüzey profilometresi ile taranarak kristal yapılanması hakkında ayrıca bilgi toplanmıştır. Tüm analizlerin sonucunda, nanokristal oluşumunun SiOx matrisinin içindeki germanyum konsantrasyonuna ve tavlama güç yoğunluklarına bağlı olduğu gösterilmiştir.