Çinko oksit yarı iletkeninin yapısal, optik ve elektriksel karakterizasyon teknikleriyle incelenmesi
An investigation of semiconductor zinc oxide via structural, optical and electrical characterization techniques
- Tez No: 177801
- Danışmanlar: PROF.DR. SEBAHATTİN TÜZEMEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: ZnO, II-VI bileşik yarıiletken, Nokta kusurlar, ZnO'da ışımalı ve ışımasız geçişler, Schottky diyot, DLTS, ZnO, II-VI compound semiconductors, Point defects, radiative and non-radiative transitions in ZnO, Schottky diode, DLTS
- Yıl: 2007
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 156
Özet
Bu çalışmada kullanılan ZnO ince filmleri reaktif püskürtme metodu ile Zn hedeften (%99,99) O2 ve Ar gazı ortamında (0001) Al2O3 (safir) taban malzemesi üzerine büyütüldü. Ayrıca, N2 atmosferi azot katkılı ince film elde etmek için kullanıldı. Oksijen eksikliğinin ince filmlerin yapısal ve optik özellikleri üzerindeki etkilerini araştırmak için büyütme odasındaki O2/Ar oranı 0,41, 1,41 ve 5,1 olarak ayarlandı. XRD ölçümleri tüm filmlerin (0002) düzlemi boyunca tercihli büyüme yönelimine sahip olduğunu göstermektedir. Filmlerin polikristal doğasını gösteren başka bir düzlem (0104) tüm filmlerde ortaya çıkmaktadır. İyi bilinen Scherrer denkleminden elde edilen kristal büyüklükleri, O2/Ar oranı artarken ilk önce azalmakta ve sonrasında bir artış göstermektedir. Azot katkılı ZnO:N ince filminin kristal yapısı literatürde genel olarak gözlendiği gibi katkısız olan ince filmlerle kıyaslandığında kötüleşmektedir. Vakum tavlama işlemi bazı filmlere uygulanmış ve kristal büyüklüğündeki artış gibi önemli değişimler gözlenmiştir. O- ve Zn-zengin numunelerde bant kenarı bölgesi üzerindeki soğurma spektrumu serbest eksiton ve akseptöre bağlı eksiton özellikleri göstermektedir. Artan Znzengin durumu A-serbest eksiton davranışında bir artış ile sonuçlanmaktadır. Artan vakum tavlama süresi ve sıcaklığı da bant içindeki soğurmayı artırmaktadır. PL ölçümleri farklı O2/Ar ortamında büyütülen filmlerin, oldukça farklı emisyon karakteristikleri ile sonuçlandığını göstermektedir. Akseptör tipi kusur oluşumu, en yüksek O2/Ar oranında büyütülen numunede baskın donor akseptör çifti geçişi ile gözlenmiştir. Rekombinasyon zamanı ölçümleri literatürle kıyaslandığında, ince filmlerin iyi kristalleşmesini gösteren yüksek hayat süresi değerleri vermektedir. Hayat süreleri genel olarak vakum tavlama ile bir artış göstermektedir. ZnO yüksek güç ve sıcaklık aygıtlarına uygun bir aday malzeme gibi gözüküyor olmasına rağmen, aygıt uygulamaları üzerine çok fazla araştırma bulunmamaktadır. Bu nedenle, Ag metalizasyonu kullanarak Schottky diyot üretilmiş ve bu kontak üzerinde gerçekleştirilen I-V ölçümleri, kontağın yüksek sıcaklıklarda nispeten kararlılığını göstermiştir. İletkenlik bandı altında 0,62 eV aşağısında yerleşen, 3,3x10-15 cm-2 yakalama tesir kesitine sahip bir elektron tuzağı bu malzemede baskın kusur merkezi olduğu DLTS ölçümleri yardımıyla öngörülmüştür.
Özet (Çeviri)
ZnO thin films used in this study were deposited onto the (0001) Al2O3 (sapphire) substrates by reactive sputtering from a Zn (99.99%) metal target in O2 and Ar atmosphere. In addition, N2 atmosphere was used to obtain a thin film doped with nitrogen. O2/Ar ratios were arranged in the growth chamber at 0.41, 1.41 and 5.1 in order to investigate the oxygen deficiency effect on the structural and optical properties of the thin films. XRD measurements have shown that all films have preferred growth direction along the (0002) plane. Another plane (0104) has also come out indicating the polycrystalline nature of the all films. Crystal sizes obtained from well known Scherrer?s equation result in first decrease while O2/Ar ratio increases and then it shows an increase. Crystal structure of the nitrogen doped ZnO:N film has been deteriorated as compared by the undoped films as usually observed in the literature. The vacuum annealing process was also applied to some of the films and significant variations were observed such as increasing crystal sizes. Above-band-edge absorption spectra Zn- and O-rich samples exhibit free exciton and neutral acceptor bound exciton features. Increasing Zn-rich conditions results in an increase in A-free exciton behavior. Also, increasing vacuum annealing time and temperature give rise to an increase intra bandgap absorption in all films. The PL measurements reveal that the samples grown at various O2/Ar ratios result in highly different emission characteristics. The acceptor kind of defect formation has been observed in the sample grown at highest O2/Ar ratio with dominant donor acceptor pair transition. The recombination lifetime measurements yield high values of lifetimes, indicating to the good crystallization of thin films. It, generally, shows an increase with vacuum annealing. Although ZnO has seemed to be a suitable candidate material for the high power, high temperature devices, there has not been much investigation about the device application. Therefore, we produced a Schottky diode using Ag metallization and I-V measurements carried out in this contact at high temperatures depicts the relative stability of the device at high temperatures. An electron trap located at 0,62 eV below the conduction band minimum with a capture cross section of 3,3x10-15 cm-2 has been suggested to be dominant defect center for the material via DLTS measurements.
Benzer Tezler
- Yarı iletken metal oksit karışımların fotosensör duyarlılığına etkisi
The effect of semiconductor metal oxide mixtures on photosensor sensitivity
HALİL İBRAHİM ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
EnerjiFırat ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİKMET ESEN
DR. ÖĞR. ÜYESİ FEHMİ ASLAN
- Hydrothermal growth of ZnO nanowires enhanced characteristic properties
ZnO nanotellerin karakteristik özellikleri iyileştirilerek hidrotermal olarak büyütülmesi
ÜMÜŞ HALE TUĞRAL ARSLAN
Doktora
İngilizce
2020
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CÜNEYT ARSLAN
PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
- ZnO based photo-thin-film-transistors with actively tunable photoresponse in the visible spectrum
Görünür ışığa tepkisi aktif olarak ayarlanabilen ZnO bazlı foto-ince-film- transistörler
LEVENT ERDAL AYGÜN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. ALİ KEMAL OKYAY
- Fotoelektrokimyasal sistemler için ileri malzemeler geliştirilmesi: Üretim, karakterizasyon ve sistem entegrasyonu
Development of advanced materials for photoelectrochemical systems: Production, characterization and integration
ALİHAN KUMTEPE
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik BilimleriTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SANKIR
- Transparan ince film transistörlerde kullanılan kanal yarıiletkeninin özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the properties of channel semiconductor used in the transparent thin film transistors
ÖZKUR KURAN
Doktora
Türkçe
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiEge ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLBEYİ AVCI