Geri Dön

Electrical properties and device applications of atomic layer deposited ZnO and GaN thin films

Atomik katman kaplama metoduyla büyütülen ZnO ve GaN ince filmlerin elektriksel özellikleri ve aygıt uygulamaları

PDF İndir

  1. Tez No: 374375
  2. Yazar: SAMİ BOLAT
  3. Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ALİ KEMAL OKYAY
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2014
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 85

Özet

3.37 eV bant aralığına sahip olan çinko oksit, ZnO birçok elektronik ve opto-elektronik uygulama için gelecek vaad eden bir materyaldir. Bu materyalin en önemli özelliklerinden biri yüksek eksiton bağlanma enerjisi (60 meV) olup bu özellik çinko oksidi mor ötesi ışık yayan diyotlar ve lazerler için güçlü bir aday malzeme yapar. Buna ek olarak yüksek elektron hareketliliği ve gözle görünür dalga boylarında saydam olması ZnO tabanlı saydam elektronik uygulamaların potansiyelini güçlendirmektedir. Her ne kadar çok çeşitli uygulamalarda kullanılabilirliği test edilmiş olsa da, şu ana kadar bu materyalin termal görüntüleme alanlarındaki uygulaması çalışılmamıştır. Bu tezin ZnO ile ilgili kısımlarında, atomik katman kaplama tabanlı ZnO ince filmlerin özdirençleri, bu filmlerin çeşitli metallerle aralarında olan kontak direnci, sıcaklığa bağlı direnç değişim katsayısı (TCR) ve bu filmlerin frekansa bağlı elektriksel gürültü özellikleri araştırılmıştır. Bu materyalin, yüksek TCR ve termal görüntülemeye uygun gürültü değerlerine sahip olduğu gösterilmektedir. Bu özellikleri sayesinde, ZnO termal görüntüleme uygulamalarında alternatif bir materyal olarak literatüre kazandırılmaktadır. GaN başka bir geniş bant aralığına sahip yarı iletken materyal olup geçtiğimiz yıllar içerisinde elektriksel ve optik uygulamalarda kullanılabilirliği yoğun bir şekilde araştırılmıştır. Özellikle bu materyalin elektronlarının sahip olduğu yüksek doygunluk hızı, yüksek güç uygulamalarında GaN'ın kullanım potansiyelini artırmıştır. Aynı zamanda çalışma prensibi AlGaN ve GaN arasında oluşan 2 boyutlu elektron gazına dayanan yüksek elektron mobilite transistorlar yüksek hız içeren uygulamalarda kendilerine önemli bir yer edinmişlerdir. Günümüzde, GaN kaplaması için en sık kullanılan metotlar metal organik kimyasal buhar kaplama metodu ve moleküler demet epitaksisidir. Bu teknikler kullanıldığında yüksek kristal kalitesine sahip filmler elde edilmektedir ancak, filmlerin kaplama sıcaklıkları uygulama alanlarını kısıtlamaktadır. Bu materyali düşük sıcaklık kaplamaları içeren bükülebilir saydam elektronik endüstrisine kazandırmak için oyuk katot plazma katkılı atomik katman kaplama tekniği kullanılmıştır ve GaN ince filmler 200°C'de başarılı bir şekilde poli kristal yapıya sahip olarak üretilmiştir. Bu tezin GaN ile ilgili kısımlarında, ince filmlerin özdirençleri ve Ti/Au metalleri ile sahip olduğu kontak dirençleri tavlamanın etkileri de eklenerek incelenmiştir. Daha sonar atomik katman kaplama metodu ile kaplanan GaN tabanlı ilk ince film transistor üretilmiş ve elektriksel karakterizasyon sonuçları detaylı bir şekilde tartışılmıştır. Son olarak, literatürdeki bilinen en düşük fabrikasyon sıcaklığına sahip ( kullanılan en yüksek kaplama sıcaklığı 250°C'dir. ) GaN kanallı ince film transistorlar üretilmiştir. Üretilen aygıtın elektriksel özellikleri ve dayanıklılığı incelenmiş olup sonuçlar tartışılmıştır. Bu çalışmanın, GaN tabanlı dayanıklı bükülebilir elektronik uygulamalarda öncü çalışmalar olacağına inanılmaktadır.

Özet (Çeviri)

Zinc oxide (ZnO), a semiconducting material with a wide band gap of 3.37 eV, has become a promising material for wide range of electronic and optoelectronic applications. One of the most important properties of this material is its large exciton binding energy of 60 meV, which makes ZnO a strong candidate for ultraviolet light emitting diodes and lasers. In addition, potentially high electron mobility and the transparency in the visible region strengthen the future of the ZnO based transparent electronics. Although several applications of ZnO have taken their places in the literature, use of ZnO in the thermal imaging applications is yet to be explored. In the parts of this thesis related to ZnO , the temperature coefficient of resistance and electrical noise together with resistivity and contact resistance properties of atomic layer deposition based ZnO are investigated. Due to its remarkably high temperature coefficient of resistance value and suitable 1/f noise corner frequency, this material is proposed as an alternative material to be used in the active layers of uncooled microbolometers. GaN is another wide gap semiconductor which has been intensely investigated throughout the last decades for its potential usage in both optical and electrical applications. Especially, high saturation velocity of the electric carriers of this material has made it a strong candidate to be used in high power applications. Furthermore the high electron mobility transistors based on the 2-dimensional electron gas region formed between the AlGaN and GaN, have found wide range of applications in radio frequency (RF) electronics area. Currently, most commonly used techniques for growing GaN, are metal organic chemical vapor deposition and molecular beam epitaxy. Both of these techniques offer single crystalline layers; however, the process temperatures used in the growth of the GaN disable the use of this material in low temperature flexible electronic/optoelectronic applications. In order to solve this problem, hollow cathode plasma assisted atomic layer deposition technique is utilized and GaN thin films with polycrystalline structures are successfully grown at 200°C. In the parts of this thesis related to GaN, the electrical properties, the effect of contact annealing on the resistivity of the GaN thin films and the contact resistance between this material and Ti/Au metallization scheme are investigated. Afterwards, we present the world's first thin film transistor with atomic layer deposition based GaN channel and discuss its electrical characteristics in detail. Finally, the GaN thin film transistors are fabricated by performing all fabrication steps at temperatures below 250°C. This is the lowest process thermal budget for the GaN based thin film transistors reported so far. Electrical characteristics as well as the stability of the proposed device are investigated and the results obtained are discussed. Proposed devices are believed to pave the way for the GaN-based stable flexible/transparent electronics after further materials and process optimization.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    728786

    Atomik katman biriktirme tekniği kullanılarak opto-elektronik cihaz üretimi ve karakterizasyonu

    Fabrication and characterization of opto-electronic device by atomic layer deposition method

    NURİYE KAYMAK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Bilim ve TeknolojiGazi Üniversitesi

    İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ELİF ORHAN

  2. Tez No

    472888

    Atomic layer deposition of III-nitrides and metal oxides; their application in area selective ALD

    III-nitratların ve metal oksitlerin atomik katman kaplamısı; bunların alan seçici ALD'deki uygulamaları

    ALI HAIDER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    Assist. Prof. AYKUTLU DANA

    DR. NECMİ BIYIKLI

  3. Tez No

    549378

    Integration of sol-gel derived doped zinc oxide films and solution-processed metal nanoparticles for thin film photodiode and solar cell applications

    İnce film fotodiyot ve güneş hücresi uygulamaları için sol-jel yöntemiyle elde edilen katkılı çinkoksit filmleri ve çözelti-işlemli metal NP'ların entegrasyonu

    MOHAMED NOURI SBETA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi

    Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDULLAH YILDIZ

  4. Tez No

    476787

    Güneş pillerinin cigs soğurucu tabakasının radyasyon karşısındaki davranışı

    Behavior of cigs absorber layer of solar cells against to radiation

    UTKU CANCİ MATUR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN

  5. Tez No

    421255

    Capacitance-voltage and current-voltage characteristic properties of ZnO:Al/p-Si heterojunction

    ZnO:Al/p-Si heterokavşakların kapasitans-voltaj ve akım-voltaj karakteristik özellikleri

    YELİZ KÖSE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT BAYDOĞAN

Geri Dön