Galyum Katkılı Çinko-Oksit İnce Filmlerin Özelliklerine Sıçratma Gücünün ve Kaplama Sonrası Uygulanan Isıl İşlemin Etkileri
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, -, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Birsen Handem Ergünhan
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Ahmet KARAASLAN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Saydam iletken oksit filmler (SİO) günümüzde birçok farklı teknolojik çalışmada kullanım alanı bulunan malzemelerdir. Gösterdikleri özelliklere göre düzlemsel güneş pillerinde, düşük emisyonlu pencere camlarında, saydam ısı yansıtıcılarda, elektriksel perde uygulamalarında ve dokunmatik ekran teknolojilerinde kullanılabilirler. Ticari olarak günümüze kadar sıklıkla kullanılmış olan kalay oksit (SnO2) ve indiyum-kalay oksit (ITO) gibi ince filmlere alternatif oluşturan Çinko oksit (ZnO) fimler yakın zamanda kullanılmaya başlanmıştır. ZnO filmlere alüminyum, galyum, magnezyum ve indiyum gibi katkı elementleri ilave edilebilmektedir. Katkı elementlerinin etkisiyle ZnO filmlerin taşıyıcı yoğunlukları arttırılarak filmin elektriksel özellikleri iyileştirilmektedir. SİO filmlerin büyütülmesi aşamasında film özelliklerine etki eden belli başlı parametreler vardır. Bu parametrelerden sıçratma gücü, gaz basıncı, hedef-altlık mesafesi ve kaplama sıcaklığı başlıcalarıdır. Kullanım alanına uygun olarak istenen özelliklerin iyileştirilmesi adına saydam iletken oksit filmlere büyütme işlemi sonrasında bazı ek işlemler uygulanabilmektedir. Isıl işlem ve yüzey pürüzlendirme işlemi bu işlemlerin başlıcalarıdır. Isıl işlem uygulamasında ince filmin yapısı sıcaklık etkisiyle değişim göstermektedir ve uygun sıcaklık, süre ve ortam koşullarında elektriksel, optik ve özellikler iyileşme göstermektedir. Bu çalışmada öncelikle sıçratma gücünün ZnO:Ga ince filmin elektriksel, optik ve yapısal özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar değerlendirilip uygun sıçratma gücü belirlendikten sonra bu sıçratma gücünde büyütülen ZnO:Ga ince filmlerin optik, elektriksel ve yapısal özelliklerine büyütme işlemi sonrasında uygulanan ısıl işlemin etkisi incelenmiştir. Uygulanan ısıl işlemin ZnO:Ga ince filmin elektriksel, optik ve yapısal özelliklerine etkisinin incelenmesine yönelik gerçekleştirilen deneyler farklı sıcaklık ve sürelerde vakum ortamında yapılmıştır. 5 farklı sıçratma gücünde büyütülen ZnO:Ga ince filmler içerisinden elde edilen özellikler bakımından en uygun olan sıçratma gücü seçilmiştir. Daha sonra seçilen sıçratma gücünde büyütülen filmlere 150-250-350-450oC'de her sıcaklık değeri için 2 saat vakum ortamında ısıl işlem uygulanmıştır. Farklı sıcaklıklarda uygulanan ısıl işlemler sonucunda özellikler bakımından uygun olarak seçilen sıcaklıkta (2500C) 1 saat ve 3 saat olmak üzere ısıl işlem uygulanmıştır. Yapılan tüm işlemlerden sonra elde edilen en uygun sıçratma gücü 1,2kW ısıl işlem sıcaklığı 250oC ısıl işlem süresi de 2 saat olarak belirlenmiştir. Seçilen ısıl işlemin seçilen sıçratma gücünde en iyi sonucu verdiğini teyit etmek amacıyla sıçratma yapılan 5 farklı güce 250oC 2 saat vakum ortamında ısıl işlem yapılmıştır. Büyütülen ZnO:Ga ince filmlerin karakterizasyonunda birçok farklı teknik kullanılmıştır. Film kalınlıkları yüzey profilometresi ile ölçülürken ilk aşamadaki özdirenç değerleri 4 uçlu ölçüm probu ile ölçülmüştür. Optik geçirgenlik değerleri spektrofotometre ile ölçülmüştür. Yüzey pürüzlülükleri atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile belirlenmiştir. Yapısal özellikleri taramalı elektron mikroskobu ile görüntülenmiştir. Filmlerin elektriksel özellikleri Hall etkisi ölçüm cihazı ile ölçülmüştür. SİO filmlerde verimliliği değerlendirmek için "figure of merit" olarak adlandırılan Ortalama optik geçirgenliğin özdirenç değerine oranıyla hesaplanmıştır. Farklı sıçratma güçlerinde büyütülen filmlerde değişen güç ile beraber elektriksel ve optik özellikler de değişmiştir. En yüksek optik geçirgenlik değeri 1,2kW sıçratma gücünde yapılan kaplamada %67 olarak ölçülmüştür. Yine aynı sıçratma gücünde en düşük özdirenç değeri ve en düşük yüzey pürüzlülüğü elde edilmiştir. Isıl işlem deneyleri sonucunda ise ZnO:Ga filmlerin özdirenç değerleri 3x10-4 ohm.cm değerlerine kadar ulaşırken %optik geçirgenlik değerleri >%77 değerlerinde ölçülmüştür. Bant aralığı değerleri 3,77eV'dan 3,92'ye çıkmıştır. En düşük özdirenç, en yüksek geçirgenlik, uygun yüzey pürüzlülüğü, yüksek taşıyıcı hareketliliği ve yüksek taşıyıcı yoğunluğu değerleri 1,2kW sıçratma gücünde büyütülen ve 250oC'de 2 saat boyunca vakum ortamında ısıl işlem uygulanan ZnO:Ga ince filmde elde edilmiştir.