Geri Dön

Nanocrystalline ZnO:Al thin films prepared by sol-gel dip coating technique and ZnO: Al/p-Si heterojunctions

Sol-gel daldırmalı kaplama tekniği ile üretilmiş nano yapılı ZnO:Al ince filmler ve ZnO: Al/p-Si heterokavşaklar

PDF İndir

  1. Tez No: 310405
  2. Yazar: ÖZGE KARACASU
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN, PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Diyodlar, Heteroeklem, Sol-jel yöntemi, Çinko oksit, Diodes, Heterojunction, Sol-gel method, Zinc oxide
  7. Yıl: 2010
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Geçirgen iletken oksit filimler son yıllarda çok ilgi görmektedir. Bu filmlerin optik ve elektriksel özellikleri yıllar geçtikçe geliştirilmektedir. Geçirgen iletken oksitler cazip optik ve elektriksel özellikleriyle optoelektronik, görüntüleme güneş pilleri gibi birçok endüstri alanında yaygın olarak kullanılmaktadır.Çinko oksit (ZnO) filmler toksik olmayışları, yüksel kimyasal ve mekanik kararlılıkları, düşük maliyetleri ve doğada bol bulunması gibi üstün özellikleri nedeniyle geçirgen iletken oksit filmler için iyi birer adaydır. Çinko oksitin Alüminyum ile katkılanması (ZnO:Al) iletkenliği artırabilir. Çinko oksit filmler güneş pili elektrotu, gaz sensörü ve optik cihaz olarak kullanılmaktadır. ZnO filmlerin üretimi için sıçratma, kimyasal buhar biriktirme, sprey piroliz, sol-gel vb. birçok çeşitli teknik kullanılmaktadır.Al katkılı ZnO filmler p ve n tip altlıklara genellikle güneş pilleri yapımında kullanılan heterokavşakların üretimi için biriktirilmiştir. Son zamanlarda n-ZnO/p-Si heterokavşaklar elektronik uygulamalar için dikkat çekmektedir. Bu heterokavşakların en büyük avantajı geniş bağlanma enerjisi olan ZnO ince filmlerle silikon altlığın ekonomikliğini bir araya getirmesidir.Bu çalışmada Al katkılı n-ZnO/p-Si hetrokavşaklar sol-gel daldırma prosesi ile üretilmiştir. P tip Si (100) waferlar ve camlar altlık olarak kullanılmıştır. ZnO:Al ince filmlerin yapısal optik ve elektriksel özellikleri ve ZnO:Al/p-Si yapılarının heterokavşak özellikleri Al katkı konsantrasyonuna ve üretim parametrelerine (ısıl işlem sıcaklığı ve ortamın gibi) göre incelenmiştir. Kaplama işleminden sonra, ZnO:Al ince filmlerin ve ZnO:Al/p-Si heterokavşakların karakterizasyonları, X ışınları kırınımı, taramalı electron mikroskobu, yüzey profilometresi, UV/VIS spektrofotometre, dört ayaklı iletkenlik probu ve yarı iletken karakterizayon sistemi ile yapılmıştır.Yapısal özellikler X-ışını kırınımı yöntemiyle incelendiğinde filmlerin hexagonal wurzite yapıda oluştuğu gözlenmiştir. XRD patenlerinde filmlerin literature uygun olarak (100), (002) ve (101) kırınım piki verdiği gözlenmiştir. SEM görüntüleri ZnO:Al filmlerin granüler nano-yapıda olduğunu göstermiştir. Tavlama sıcaklığının artışı kristal boyutunda artışa sebep olmaktadır. Tavlama ortamı kristal boyutunu değişirme eğlimindedir. Filmlerin kalınlığı 150-450 nm. aralığındadır ve sıcaklık artışıyla belirgin derecede düşmektedir.Optik özellikler geçirgenlik sağlamak için cam altlıklar üzerine biriktirilen ZnO:Al filmler üzerinde incelenmiştir. Tavlama sıcaklığı arttıkça filmlerin geçirgenlik değerlerinin arttığı görülmüştür. Al katkı konsantrasyonunun optik özelliklere büyük bir etkisinin olmadığı görülmüştür. Tüm filmler görünür bölgede yüksek optik geçirgenliğe sahiptir.Elektriksel öz direnç değişimi katkı konsantrasyonu, tavlama ortamı ve sıcaklığına bağlı olarak incelenmiştir. Minimum özdirenç değerleri %1.2 atomik katkı miktarında saptanmıştır.Heterokavşak özellikleri Al katkı konsantrasyonu, tavlama ortamı ve sıcaklığına bağlı olarak akım-voltaj (I-V) ölçümleri ile analiz edilmitir. Çoğu ZnO:Al/Si heterokavşaklar diyot tipi doğrultucu özellik göstermiştir. UV aydınlarma altında diyotlarda fotoelektrik özellik gözlemlenmiştir. Bu çalışmada heterokavşak üretmek için 1.2 at.% Al katkı konsantrasyonu, vakum ortamı ve 700°C tavlama sıcaklığı optimum işlem parametrelerdir.

Özet (Çeviri)

Transparent conducting oxide (TCO) films have much interest in recent years. The optical and electrical properties of the films have been improved over the years. TCO?s have been widely used in various industry areas such as optoelectronics, display industry, solar cells, with their desirable optical and electrical properties.Zinc Oxide (ZnO) films are good candidates for TCO films with their outstanding properties such as non-toxicity, high chemical, mechanical stability, low cost and material abundance in nature. Doping of ZnO with aluminum (ZnO:Al) can increase film conductivity. ZnO films have been used as solar cell electrodes, gas sensors and optical devices. For fabrication of ZnO films various techniques have been used such as sputtering, chemical vapor deposition, spray pyrolsis, sol-gel etc.Deposition of ZnO films on p/n type substrates provides to produce heterojunction which are generally used for fabrication of solar cells. Recently n-ZnO/p-Si heterojunctions has received much attention for electronic applications. The biggest advantage of these heterojunctions is to combine the large binding energy of ZnO thin films and the inexpensiveness of Si substrates.In this work Al doped n-ZnO/p-Si heterojuntions were fabricated by sol-gel dip coating process. P type Si (100) wafers and glasses were used as the substrates. The structural, optical and electrical properties of ZnO:Al thin films and heterojunction properties of ZnO:Al/p-Si were investigated with respect to effects of Al doping concentration and process parameters (i.e. thermal treatment temperature and ambient). After the coating process, characterization of the ZnO:Al thin films and ZnO:Al/p-Si heterojunctions were made by X-Ray diffractomerter, scanning electron microscopy, surface profilometer, UV/VIS spectrophotometer, four point resistivity probe and a semiconductor characterization system (SCS).Structural properties investigation by X-ray diffraction method showed that the films were in the form of hexagonal wurzite structure. The XRD patterns of the ZnO:Al films on p type si substrate had (100), (002) and (101) diffraction peaks were in accordance with literature. SEM images show that ZnO:Al films had granular nanostructure. The increasing of the thermal treatment temperature caused an increase on crystalline size. The annealing ambient tended to change the crystalline size of the thin films. The thicknesses of the thin films are in the range of 150-450 nm and the certain decrease was detected while the annealing temperature was increased.Optical properties were investigated by fabricating ZnO:Al films on glass substrates to gain transparency. As the annealing temperature increased, the transmittance of the films increased. Al doping concentration had limited influence on optical properties. All films exhibited high optical transmittance in visible ranges.Electrical resistivity changed with respect to Al doping concentration, annealing ambient and temperature. Minimum resistivities were detected at 1.2 at. % Al concentration.ZnO:Al/p-Si heterojunction properties were analyzed by current-voltage (I-V) measurements depend on the Al doping concentrations, annealing ambient and annealing temperatures. Most of the ZnO:Al/p-Si heterojunctions exhibited diode-like rectifying behavior. Under UV illumination the photoelectric behavior observed for the diodes. In this study the 1.2 at.% Al doping concentration, vacuum ambient and 700°C annealing temperature are the optimum process parameters to produce heterojunction.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    541354

    ZnO:Mg ince filminin fiziksel özellikleri ve Al/n-ZnO:Mg /p-Si eklem diyot uygulaması

    Physical properties of ZnO:Mg thin films and application of Al/n-ZnO:Mg /p-Si heterojuntion diodes

    ZEKİYE ABA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Fizik ve Fizik MühendisliğiHarran Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ABDULLAH GÖKTAŞ

  2. Tez No

    333069

    Çinko oksit (ZnO) nanoyapıların organik güneş pillerinde uygulaması

    Organic solar cells on ZnO nanostructures

    FARUK BALLIPINAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİGEN KADIRGAN

  3. Tez No

    501041

    Geçirgen ve iletken elektrot olarak karbon nanotüp katkılı indiyum kalay oksit ince filmlerin geliştirilmesi

    Development of carbon nanotube doped indium tin oxide transparent conductive electrode

    GÖKÇEN GÖKÇELİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLGÜN KARATEPE YAVUZ

  4. Tez No

    995646

    Microheater integrated mems-based metal-oxide gas sensors: Design and experimental study

    Mikro ısıtıcı entegre mems-tabanlı metal oksit gaz sensörleri: Dizayn ve deneysel çalışmalar

    ASENA GÜRPINAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2026

    KimyaOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OKAN ESENTÜRK

  5. Tez No

    243837

    Nano tozların sentezi ve karakterizasyonu

    Synthesis and characterization of nano powders

    OĞUZHAN AVCIATA

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Bilim ve TeknolojiYıldız Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CEMALETTİN YAMAN

Geri Dön