Geri Dön

In-situ doped FZO films by ALD for TCO applications

TCO uygulamarı için ALD tarafından yerinde katkılanmış FZO filmler

  1. Tez No: 833100
  2. Yazar: MERYEM TUNÇKANAT
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHSİNE BİLGE İMER, PROF. DR. ALPAN BEK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilim ve Teknoloji, Mühendislik Bilimleri, Science and Technology, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 125

Özet

Görünür spektrumlarda yüksek şeffaflığa ve üstün elektriksel iletkenliğe sahip olan şeffaf iletken oksitler (SİO'ler), çeşitli optoelektronik uygulamalarda geniş kullanım alanları ile büyük ilgi görmektedir. İndiyum kalay oksit (ITO) ticari olarak en çok kullanılan SİO olmasına rağmen, indiyumun toksisitesi, kıtlığı ve yüksek maliyeti nedeniyle bunun indiyum içermeyen TCO'larla değiştirilmesi amaçlanmaktadır. Doğrudan bant aralığı 3,37 eV olan n tipi bir yarı iletken olan çinko oksit (ZnO) ve katkılı formları, doğada bol bulunması, toksik olmaması, düşük maliyetli olması ve kolay imal edilmesi sebebi ile indiyum içermeyen TCO'lara uygun bir adaydır. Katkı maddesi olarak flor anyonu seçilirse oluşan malzemeye flor katkılı ZnO (FZO) adı verilir. Literatürde FZO'nun en düşük özdirenci ve en yüksek görünür geçirgenliği sırasıyla 4x10-4 Ωcm ve %87 olarak, ITO'nun özdirenci ve görünür geçirgenliği ise sırasıyla 5,1x10-4 Ωcm ve %88,5 olarak rapor edilmiştir. Bu nedenle FZO'nun elektriksel ve optik özellikleri ITO'nunkilerle uyumludur. ALD, uygun kaplama sağlamak ve düşük sıcaklıklarda oldukça düzgün ince filmler üretmek gibi çeşitli faydaları olan benzersiz bir biriktirme tekniğidir. ALD sürecine uygun flor öncüllerinin bulunmamasından dolayı, kaynak olarak ev yapımı HF/H2O'yu kullanan FZO büyümesini bildiren tek bir çalışma vardı. Ancak HF, kullanıldığında ekipmana zarar veren son derece güçlü bir asittir ve %1,2 oranında flor katkısı elde etmek için aşırı derecede seyreltilmiş (yaklaşık %0,5) kullanılmalıdır. Bu çalışmada, ALD'de çinko oksit filmlerin florlanması, literatürde ilk kez, bu çalışmada flor doping kaynağı olarak yeni bir ev yapımı öncü olan amonyum florür (NH4F/H2O) çözeltisi karışımı kullanılarak gösterilmiştir. HF ile karşılaştırıldığında, NH4F çok daha zayıf bir asittir (ZnO için %0,125 HF, 1,1 nm/s aşındırma hızına sahipken, %10 NH4F 1,1 nm/s aşındırma hızına sahiptir) ve bu nedenle, flor katkı miktarının ayarını yapmak da çok daha kolaydır. Tüm FZO filmleri silikon ve kuvars substratlar üzerinde büyütülmüştür. Çinko kaynağı olarak dietil çinko (DEZ), oksijen ve flor kaynağı olarak ise farklı konsantrasyonlarda (%1-%40 NH4F) NH4F/H2O karışımı kullanılmıştır. FZO ince filmleri 160°C-200°C arasındaki sıcaklıklarda büyütülmüştür. Kaynak kutusu sıcaklığının flor katkısı üzerindeki etkisini ölçmek amacıyla %30 NH4F/DI karışımı 180°C büyütme sıcaklığı ve kutu sıcaklığı, oda sıcaklığı, 40°C ve 50°C'ye ayarlanmış ve büyütme sırasında bu sıcaklıklarda tutulmuştur. En düşük flor konsantrasyonu 180 °C biriktirme sıcaklığında %30 NH4F/DI karışımı ile, 40 °C teneke kutu sıcaklığında %2,62 olarak, en yüksek flor katkısı ise 180 °C'de %40 NH4F/DI karışımı ile 50 °C teneke kutu sıcaklığında %29,08 olarak elde edilmiştir. Literatürde CVD ile büyütülmüş 3 at. % F katkılı FZO filmi için direnç ve 400-800 nm'de ortalama optik geçirgenlik sırasıyla 18.57 Ω.cm ve %84 olarak rapor edilmiştir. Bu çalışmada en iyi elektriksel özellikler 2,62% flor katkısı ile 1,24 x1018 1/cm3 taşıyıcı konsantrasyonu, 2,14 Ω.cm direnç ve 2,36 Hall mobilitesi cm2/Vs olarak elde edilmiştir. Tüm FZO filmlerinin 400-800 nm arası ortalama geçirgenlik değerleri yaklaşık %80 üzerindedir.

Özet (Çeviri)

Transparent conductive oxides (TCOs) that have high transparency in the visible spectra with outstanding electrical conductivity have drawn great interest with their wide-range use in optoelectronic applications. While indium tin oxide (ITO) is the most commercially used TCO, the replacement of it with in indium-free TCOs is essential due to the toxicity, scarcity, and high cost of indium. Zinc oxide (ZnO), an n-type semiconductor with a direct band gap of 3.37 eV, and its doped forms are suitable candidates for indium-free TCOs along with several additional advantages over ITO, such as their abundancy in nature, non-toxicity, low cost, and easy fabrication. If fluorine anion is selected as a dopant, the formed material is called fluorine doped ZnO (FZO). In literature, lowest resistivity and highest visible transmittance of FZO was reported as 4x10-4 Ωcm and 87%, respectively and the resistivity and the visible transmittance of ITO reported as 5.1x10-4 Ωcm and 88.5%, respectively. Thus, the electrical and optical properties of FZO are compatible with those of ITO. ALD is a unique deposition technique that has several benefits, such as providing conformal coverage and producing highly uniform thin films at low temperatures. Due to lack of fluorine precursors suitable for ALD process, there was only one study that reported FZO growth utilizing home-made HF/H2O as a source. But HF is an extremely strong acid that damages the equipment when used and it should be used with teflon coating in equipment and with extremely diluted (approximately 0.5%) solution to obtain 1.2 at.% fluorine doping. . In this study, fluorination of zinc oxide films in ALD was demonstrated for the first time in the literature by using a new homemade precursor, a mixture of ammonium fluoride (NH4F/H2O) solution, as a fluorine doping source. Compared with HF, NH4F is much weaker acid (0.125% HF has 1.1 nm/s etch rate while 10% NH4F has 1.1 nm/s etch rate for ZnO) and therefore, it is also much easier to fine tune the amount of fluorine amount incorporated in zinc oxide films. To study fluorine incorporation with this new precursor in ALD, experiments were set with changing variables. All FZO films were grown over silicon and quartz substrates. Diethyl zinc (DEZ) was used as the zinc source, and a mixture of NH4F/H2O solutions with different concentrations (1%-40% NH4F) was used as the oxygen and fluorine source. FZO thin films were grown at temperatures between 160°C-200°C. The effect of canister temperature on fluorine doping was observed at 180 °C with a 30% NH4F/DI mixture, and the canister temperature was varied at room temperature, 40 °C, and 50°C and kept at those temperatures during the deposition. The lowest fluorine concentration was founded in deposition temperature at 180 °C with a 30% NH4F/DI mixture, 40 °C canister temperature as 2.62 at.% and the highest fluorine doping was achieved at 180 °C with a 40% NH4F/DI mixture, 50 °C canister temperature as 29.08 at.%. In literature the resistivity and optical transmittance at 400-800 nm for CVD-grown FZO film with 3 at. % F doping was reported as 18.57 Ω.cm and 84% respectively. In this study, the best electrical properties were achieved at 2.62 at. % fluorine doping with 1.24 x1018 1/cm3 carrier concentration, 2.14 Ω.cm resistivity, and 2.36 Hall mobility cm2/Vs. The average transmittance values 400 nm to 800 nm of all FZO films are approximately 80% and above.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    474942

    Contact resistivity analysis of different passivation layers via transmission line method measurements

    Farklı pasivasyon katmanlarının iletim hattı modeli yoluyla kontak direnci analizi

    GAMZE KÖKBUDAK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    EnerjiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fen Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. RAŞİT TURAN

    YRD. DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ

  2. Tez No

    493858

    Suyun katalitik yükseltgenmesi için mangan ferrit destekli-geçiş metali katkılanmış birnesit nanokompozit katalizörlerinin hazırlanması ve karakterlendirilmesi

    Preparation and characterization of manganese ferrite supported-transition metal doped birnessite nanocomposites for catalytic water oxidation

    GÖKHAN ÖZGENÇ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    KimyaHacettepe Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BİRGÜL KARAN

  3. Tez No

    634370

    Fabrication of nanostructured metal oxide materials and their use in energy and environmental applications

    Nanoyapılı metal oksit malzemelerin üretimi ve enerji ve çevre uygulamalarında kullanımı

    MEHMET DURMUŞ ÇALIŞIR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALİ KILIÇ

  4. Tez No

    728013

    EuCl₃ ile katkılanmış yeni bir polimer kompozitinin hazırlanması, karakterizasyonu ve boyar madde giderimi için kullanılması

    Preparation of a novel polymer composite doped with EuCl₃ and application for removal of dye

    KÜBRA BİRKAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Çevre MühendisliğiMunzur Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHTAP TANYOL

    DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜZİN PIHTILI

  5. Tez No

    841843

    In-situ synthesis of MAB phases by spark plasma sintering and chemical exfoliation to 2D MBenes

    MAB fazlarının spark plazma sınterleme ile yerınde sentezi ve 2B MBenes fazlarına kimyasal eksfoliasyonu

    BURAK DEMİR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Metalurji MühendisliğiEskişehir Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ERHAN AYAS

Geri Dön