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Different Proportions of a-Ge and c-Ge in Dependence on the Substrate Temperature of Evaporated Films Determined by Refractive Index Analysis

1975; Wiley; Volume: 27; Issue: 2 Linguagem: Inglês

10.1002/pssa.2210270210

1521-396X

K. Dettmer, H. Goebel, F. R. Keßler,

Glass properties and applications

Published results of resistivity measurements on evaporated Ge films in dependence on the substrate temperature are modified and completed by conclusions drawn from optical measurements on the same batch of samples. The refractive index of these films (determined for a fixed wavelength of 2.5 μm) shows a similar dependence on the substrate temperature Ts as the resistivity, especially a pronounced refractive index step at TST = 135 °C. The practically constant value of the refractive index (na = 4.565) in films for TS ≦ 130 °C is attributed to the “pure” amorphous phase of Ge whereas the polycrystalline films for TS > 130 °C proved to be mixed phases of amorphous and crystalline Ge of definitive proportions. In the small range of 130 °C ≦ TS ≦ 140 °C the refractive index (na,c) strongly decreases to na,c = 4.29. This represents a volume fraction decrease of a-Ge from ≈100% down to 50.5%. In the range of 140 °C ≦ TS ≦ 350 °C the a-Ge proportion only decreases from 50.5 to 39.3%. and hence the c-Ge part increases from 49.5 to 60.7%. according to a weakly decrease of na,c with increasing Ts. Thus the dependence of the refractive index values on the contribution of amorphous Ge is found. The relatively high value of na is possibly related to Ge of a high density. This might be due to the Ge III modification giving evidence of a similarity of a-Ge with Ge III and confirming the random network model for a-Ge. Publizierte Ergebnisse über Messungen des spezifischen Widerstandes aufgedampfter Ge-Filme als Funktion der Substrattemperatur werden durch aus optischen Messungen ermittelte Resultate an den gleichen Proben modifiziert und vervollständigt. Der für eine feste Wellenlänge von 2,5 μm ermittelte Brechungsindex zeigt eine ähnliche Abhängigkeit von der Substrattemperatur TS wie der spezifische Widerstand, insbesondere tritt hier ein ausgeprägter Brechungsindexsprung um TST = 135 °C in Erscheinung. Der praktisch konstante Brechungsindexwert (na = 4,565) in den Schichten für TS ≦ 130 °C wird auf die „reine”︁ amorphe Ge-Phase zurückgeführt, wohingegen die polykristallinen Filme für TS > 130 °C sich als Mischphasen aus amorphem und kristallinem Ge mit definitiven Anteilen herausstellten. In dem schmalen Bereich 130 °C ≦ TS ≦ 140 °C nimmt der Brechungsindex (na,c) stark ab auf na,c = 4,29. Dies stellt eine Abnahme des a-Ge-Volumen-anteils von ≈100 auf 50,5% dar. Im Bereich 140 °C ≦ TS ≦ 350 °C nimmt der a-Ge-Anteil entsprechend einer schwachen Abnahme von na,c mit steigendem TS nur noch von 50,5 auf 39,3% ab und der c-Anteil entsprechend von 49,5 auf 60,7% zu. So wurde eine Abhängigkeit der Brechungsindexwerte vom Beitrag amorphen Germaniums gefunden. Der relativ hohe Wert von na könnte mit einer hohen spezifischen Dichte des Ge zusammenhängen. Dies wäre bei der Ge III Modifikation der Fall, was die ähnlichkeit von amorphem Ge mit Ge III nahelegt und das Zufallsnetzwerk-Modell für a-Ge erhärten könnte.