DLC has been attractive as semiconductor materials for solar cell due to its biological friendliness, flexible microstructures, and especially its tunable band gap. In order to fabricate high-efficiency multiband gap solar cell, it is important to control the sp3/ sp2 bonds ratio of DLC film corresponding to optical band gap (Eg). There are many references reporting the relations among the fabrication conditions, Eg, sp3/ sp2, and ID/ IG. However, a more comprehensive database is needed for controllable fabrication. Especially, the quantitative relationship of sp3/ sp2 ratio to Eg of DLC film by PECVD is unclear. In this paper, 36 sets of DLC films were fabricated by RF-PECVD. Characterization methods of XPS, Raman spectroscopy, and IR absorption have been used to determine the sp3/ sp2 ratio of DLC films. UV/visible light absorption method has applied to evaluate Eg. The Eg obtained is in the range 1.45–3.0 eV. Our results agree well with the references. The XPS spectra gives a linear relationship as Eg = − 0.161 (± 0.136) + 26.095 (± 1.704) · {sp3 (XPS)/sp2}, the Raman spectra shows a linear function that Eg = 1.327 (± 0.046) + 0.428 (± 0.036) · (ID/IG), as well as the FTIR analysis demonstrates that Eg = − 0.492 (± 0.093) + 0.464 (± 0.044) · {sp3 (FTIR)/sp2}.

rf PECVB법을 이용하여 붕규산 유리 기판 위에 diamond like carbon(DLC) 박막을 증착하였다. 메탄(CH4)-수소(H2) 혼합 가스를 전구체 가스로 사용하였다. DLC 박막의 형상, 구조 및 광학적 특성은 SEM, 라만 및 UV 스펙트럼으로 분석하였다. 증착 속도는 혼합 가스의 수소 농도에 따라 증가하다가, 혼합 가스 유량이 25 sccm 이상에서는 일정하게 되었다. UV스펙트럼으로 계산한 박막의 optical band gap은 증착 시간과 DC serf bias의 증가에 따라 감소하는 경향을 나타냈으나, 수소함량에 의해서는 거의 영향이 없었다. 박막의 투과율에 가장 큰 영향을 미치는 인자는, 특히 자외선 영역과 가시광선 영역에서, bias 전압이었다.

본 연구에서는 rf PECVD(13.56MHz)법을 이용하여 CH4가스에 소량의 보조가스(O2와 N2)를 혼합하여 a-C:H 박막을 얻었다. 이렇게 얻어진 박막의 증착속도는 rf power 증가에 따라서 증가하다가 200W에서는 다시 감소하였으며, 산소와 질소가스의 유량이 증가함에 따라 감소하였다. FT-IR분석으로 계산된 박막내의 수소함량은 rf power 증가와 산소 및 질소첨가량의 증가에 따라 감소하였다. 산소가스 첨가 시에는 C=O 결합이 생성되며, 질소가스 첨가 시에는 C=N 결합이 생성됨을 FT-IR 분석을 통하여 알 수 있었다. 이와 같이 산소와 질소를 보조가스로 첨가할 경우에 스퍼터링 효과로 박막내의 수소함량 감소와 더불어 a-C:H 박막의 구조 변화를 일으킬 수 있을 것으로 생각된다. Raman 분석결과 산소와 질소를 첨가함에 따라서 I(sub)D/I(sub)G비가 증가하였고, D line과 G line의 위치가 높은 파수 쪽으로 이동하였으며, D line의 폭은 넓어지는 반면에 G line의 폭은 감소됨을 보였다. 이것은 산소와 질소의 첨가로 박막내의 수소함량 감소, 결합각의 disorder 감소 및 micro-crystallite 흑연의 형성에 의한 것이라고 판단된다.

rf 플라즈마 화학증착을 이용하여 증착된 hydrogenated DLC막의 잔류응력 거동에 대해 조사하였다. 합성된 DLC막의 압축 잔류응력은 이온 에너지뿐만 아니라 이온/원자 유입량 비에 의해 영향을 받는 것으로 조사되었다. 잔류응력의 최대치는 이온/원자 유입량비가 증가할수록 낮은 이온 에너지 구간에서 일어나며 그 값은 증가하였다. 이온 에너지에 따른 DLC막의 결합 구조의 변형을 Raman 스펙트럼을 이용하여 분석하였다. DLC막의 잔류응력은 sp3결합의 net working이 최대가 되는 점에서 최대치를 보이며, 이는 sp3 net working에 의한 부피팽창 요인에 기인하는 것으로 생각된다. DLC막 내의 유입되는 수소는 잔류응력의 직접적인 원인으로 작용하지 않는 것으로 분석되었다.