Low temperature growth, characterization, and applications of RF-sputtered srtio3 and BaSrTiO3 thin films
SrTiO3 ve BaSrTiO3 ince filmlerin düşük sıcaklıkta depolanması, karakterizasyonu ve uygulamaları
- Tez No: 420610
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. NECMİ BIYIKLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 135
Özet
Perovskit tipi ferroelektirik oksit malzemeler arasından SrTiO3 (STO) ve BaSrTiO3 (BST) ince filmler potansiyel oksit tabanlı elektronik uygulamalar açısından ilgi uyandırıcı hale gelmiştir. Fakat STO ve BST ince filmlerin güvenirlilikleri ve verimlilikleri mikroyapılarına olduğu gibi optik ve elektriksel sabitlerine de ekseriyetle bağlıdır. STO ve BST ince filmler oda sıcaklığında Si (100), UV sınıfı kaynaşmalı silika, quartz alttaş üzerine ve TiO2 nanofiberler üzerine saçtırma metodunun radyo frekansı ile çalışan magnetronu ile farklı plazma gücü, farklı oksijen karıştırma oranı (OKO) ve farklı depolama basıncı kullanılarak depolanmıştır. Tavlama işleminden geçmeyen örnekler depolama koşullarından bağımsız olarak amorf yapı da nanokristal mikro yapı göstermıştir. Ayrıca tavlama çalışmasında beş farklı sıcaklığın etkisi etkisi amorf büyüyen stokiyometrik RF-saçtırma yöntemi ile büyütülmüş filmler üzerinde incelenmiştir. Bütün filmler görünür bölgede yüksek geçirgenliğe sahiptir ve STO and BST filmler belirgin soğurma bölgesi sergiledikleri görülmüştür: Direk ve indirek olan band aralığı hesaplamaları STO filmlerin band aralığının 2.32 ile 4.55 eV aralığında olduğunu göstermiştir. 3 mTorr basınçda depolanan STO filmlerin, BST ve tavlama çalışmasında kırılma indisinin ise OKO ve tavlama ile arttığı gözlemlenmiştir. Fakat 5 mTorr da depolanan filmler için bir bağlantı bulunamamıştır. BST filmlerin kırılma indilslerinin 550 nm deki değerlerinin 1.90 ile 2.07 arası nda depolama koşuluna bağlı olarak değiştiği gözlemlenmiştir. BST filmlerin band aralığının 3.60 ile 4.30 eV aralığında olduğu hesaplanmıştır. STO filmlerin dielektrik sabitleri Ag/STO/p-Si yapısından frekans ya da voltaj bağımlı kapasitans ölçümünden alınan kapasitans değerinden hesaplanmıştır. Dielektrik sabiti en yüksek 100 olarak bulunmuştur. Tüm STO örneklerin yük depolama kapasitelerinin 2.5 μC/cm2 dan fazla olduğu ve dielektirik kayıpların düşük olduğu not edilmiştir (100 kHz için 0.07 den düşük). 800°C de 1 saatlık tavlamanın etkisiyle polikristal BST filmler elde edilmiş ve kırılma indisinin ve dielektrik sabitini arttırdığı not edilmiştir. Fakat optik geçirgenliği azalmıştır. Frekansa bağlı dielektirik sabiti değeri 46 ile 72 arasındadır ve ~1μA değerinde düşük kaçak akım gözlemlenmiştir. Sonuçlar düşük sıcaklıkta depolanan STO ve BST filmlerin çeşitli aygıt uygulamarında potansiyeli olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Among the several perovskite ferroelectric oxides, SrTiO3 (STO) and BaSrTiO3 (BST) thin films have attracted significant attention due to their potential applications in oxide-based electronics. However, reliability and performance of STO and BST thin films depend usually on the precise knowledge of microstructure, as well as optical and electrical properties. STO and BST thin films were deposited at room-temperature on Si (100), UV-grade fused silica, quartz substrates and TiO2 nanofibers by radio frequency (RF) magnetron sputtering using different plasma power, oxygen mixing ratios (OMRs) and deposition pressure levels. As-deposited thin films showed amorphous-like nanocrystalline microstructure almost independent of the deposition conditions. Influence of post-deposition annealing at various temperatures of RF sputtered STO thin films were also investigated. All films were found to be highly transparent (>75%) in the visible region, and both STO and BST films exhibited well defined main absorption edges: the calculated indirect and direct band gaps for STO films were in the range of 2.32 to 4.55 eV. The refractive index of the STO films increased with OMR and post-deposition annealing for 3 mTorr deposition for STO, BST and STO annealing study. However, there is no correlation for 5 mTorr deposition. The refractive indices of BST films were in the range of 1.90-2.07 at 550 nm depending on their deposition conditions. The optical band gap of the BST films were calculated the ranging in 3.60 to 4.30 eV. Electrical dielectric constant values of the STO thin films were extracted from frequency or voltage dependent capacitance measurements using micro-fabricated Ag/STO/p-Si device structures. High dielectric constant values reaching up to 100 were obtained. All STO samples exhibited more than 2.5 μC/cm2 charge storage capacity and low dielectric loss (less than 0.07 at 100 kHz). Post-deposition annealing at 800°C for 1 h resulted in polycrystalline BST thin films with increased refractive indices and dielectric constants, along with reduced optical transmission values. Frequency dependent dielectric constants were found to be in the range of 46-72, and the observed leakage current was very small, less than 1 μA. Our experimental results show that these low temperature grown STO and BST films have the potential for various electrical applications.
Benzer Tezler
- Deposition and characterization of single and multilayered boron carbide and boron carbonitride thin films by different sputtering configurations
Tek ve çok katmanlı bor karbür ve bor karbonitrür ince filmlerinin farklı sıçratma teknikleriyle biriktirilmesi ve karakterizasyonu
TOLGA TAVŞANOĞLU
Doktora
İngilizce
2009
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. MİCHEL JEANDİN
PROF. DR. OKAN ADDEMİR
- Applications of transparent conductive indium tin oxide films in automotive and vitrifications industries
İndiyum kalay oksit iletken saydam filmlerinin oto ve vitrifiye sanayisindeki uygulamaları
ÖCAL TUNA
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YUSUF SELAMET
- Role of growth parameters on electrochromic behavior of tungsten oxide thin films grown by RF magnetron sputtering
Büyütme parametrelerinin RF magnetron sıçratma ile büyütülmüş tungsten oksitin elektrokromik davranışına etkisi
DUYGU NUHOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ÖZKAN ZAYİM
- Akustik yüzey dalga esasına dayanan filtrlerin analizi, tasarımı ve GSM sistemindeki uygulamaları
Analysis and design of saw filter and saw filter applications in GSM
H.CEMİL KARAGÜZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGÜL AKÇAKAYA
- CZTSSe thin film: growth, characterization and solar cell applications
CZTSSe ince film: büyütme, karakterizasyon ve güneş hücresi uygulamaları
MAKBULE TERLEMEZOĞLU
Doktora
İngilizce
2019
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET PARLAK
PROF. DR. RAŞİT TURAN