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The effect of vacuum-evaporation parameters on the structural, electrical and optical properties of thin germanium films

1963; Elsevier BV; Volume: 6; Issue: 3 Linguagem: Inglês

10.1016/0038-1101(63)90077-7

1879-2405

John E. Davey, R.J. Tiernan, Titus Pankey, M. D. Montgomery,

Thin-Film Transistor Technologies

The effects of film thickness, condensation rate, source temperature, substrate temperature and vacuum ambient (between 10−6 and 10−9 torr) on the resistivity, structure and optical properties of over 1200 germanium films have been investigated. The investigation has been carried out in a manner that allows an evaluation of each of these effects separately. Film resistivity is found to depend upon thickness, condensation rate and source temperature, for constant substrate temperature. The lowest resistivity observed is 6·8 × 10−2 ω-cm, and the highest 7·4 × 10−1 ω-cm. In addition, resistivity depends markedly upon substrate temperature, yielding three ranges of mobility, from 200 to < 30 to > 600 cm2/V-sec. All films are found to be p-type regardless of the evaporation parameters; the impurity concentration is always between 8 × 1018 and 1 × 1018/cm3. The [110] texture is found to be independent of the evaporation parameters for thicknesses above 500Å. An index of refraction of 4·23 has been found for these films and is also insensitive to the changes of the evaporation parameters up to a substrate temperature of ∼600°C; above 600°C the index of refraction drops to 1·5. The change in refractive index is associated with the formation of a thin layer of GeO2 (hex.), which is confirmed by electron diffraction. Les effets de l'épaisseur de la pellicule, du taux de condensation, de la température de la source, de la température de la couche inférieure et la température ambiante du vide (entre 10−6 et 10−9 torr) sur la résistivité, la structure et les propriétés optiques de plus de 1200 pellicules au germanium ontétéétudiés. Cetteétude aétéfaite de façonàpermettre uneévaluation séparée de chacun de ces effets. On trouve que la résistivitéde la pellicule dépend de l'épaisseur, du taux de condensation et de la température de la source pour une température constante de la couche inférieure. La résistivitéminimum observée est de 6,8 × 10−2 ω-cm et la résistivitémaximum est de 7,4 × 10−1 ω-cm. De plus la résistivitédépend sérieusement de la température de la couche inférieure, produisant trois gammes de mobilitéde 200 600 cm2/V-sec. Toutes les pelliculesétaient du type p, avec n'importe quel paramètre d'évaporation; la concentration d'impuretés est toujours entre 8 × 1018 et 1 × 1018/cm3. La texture [110] est indépendante des paramètres d'évaporation pour desépaisseurs supérieuresà500Å. Un indice de réfraction de 4,25 aétéobtenu pour ces pellicules; il est aussi inaffectépar les changements des paramètres d'évaporation jusqu'àune température de couche inférieure de ∼600°C; au-dessus de 600°C l'indice de réfraction est de 1,5. Le changement dans l'indice de réfraction est associéàla formation d'une fine couche de GeO2 (hex.) qui est confirmépar la diffraction d'électrons. Die Wirkungen von Filmdicke, Kondensationsgeschwindigkeit, Temperatur von Quelle und Substrat und der Veränderlichkeit des Vakuums (zwischen 10−6 und 10−9 Torr) auf den spezifischen Widerstand, die Struktur und die optischen Eigenschaften vonüber 1200 Germaniumfilmen wurden untersucht. Es war dabei möglich, jede dieser Einwirkungen einzeln auszuwerten. Der spezifische Widerstand des Films hängt bei konstanter Substrat-Temperatur von der Dicke, der Kondensationsgeschwindigkeit und der Temperatur der Quelle ab. Der geringste spezifische Widerstand ist 6,8 × 10−2 ω cm, der höchste 7,4 × 10−1 ω cm. Ausserdem hängt der spezifische Widerstand deutlich von der Substrat-Temperatur ab, wobei sich drei Beweglichkeitsbereiche ergeben, von 200 bis < 30 bis > 600 cm2/Vsec. Unabhängig von den Verdampfungsparametern sind alle Filme vom p-Typ; die Konzentration an Verunreinigungen beträgt immer 8 × 1018 bis 1 × 1018/cm3. Für Dickenüber 500Åist die [110]-Struktur unabhängig von den Verdampfungsparametern. Der Brechungsexponent der Filme beträgt 4,23; er ist gegenüber den Verdampfungsparametern unempfindlich bis zu einer Temperature von ∼600°C.Über 600° fällt der Brechungsexponent auf 1,5. DieseÄnderung hängt mit der Bildung einer dünnen Schicht von GeO2 (hex.) zusammen, die sich durch Elektronenbeugung nachweisen lässt.