CdS ince film örneklerinin soğuk altlık üzerinde üretilmesi, yapısal, elektriksel ve optik özelliklerinin incelenmesi
Preparation of CdS thin films on cold substrate and investigation of structural, electrical and optical properties
Yazar: MURAT TOMAKİN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ALTUNBAŞ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Bölümü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, güneş pillerinde optik pencere katmanı olarak kullanılan CdS ince filmlerine düşük altlık sıcaklığının etkisi araştırıldı. Ayrıca Cu/CdS/SnO2 Schottky diyot yapısına düşük altlık sıcaklığının etkisi incelendi. İlk olarak, kısmen kapalı hacimde vakum buharlaştırma yöntemiyle cam altlıklar üzerinde 300, 250, 200, 150 ve 100 K altlık sıcaklıklarında CdS ince filmleri elde edildi. Bu filmlerin bazı yapısal, elektriksel ve optik özellikleri incelendi. Cu/CdS/SnO2 Schottky diyot hazırlamak için ise 300 K ve 200 K altlık sıcaklıklarında SnO2 kaplı cam altlıklar üzerinde CdS ince filmleri üretildi.Elde edilen bu filmlerin tümünde hekzagonal yapıya ait olan (002) yansıma düzlemi etkin bir şekilde görüldü. Soğuk altlıklar üzerinde üretilen örneklerin daha kalın olmalarına rağmen parçacık boyutunun (~34,5 nm), oda sıcaklığında üretilen örneğe (~38,2 nm) göre yaklaşık % 10 kadar daha küçük olduğu görüldü. Bununla birlikte, altlık sıcaklığının azalmasıyla örneklerin c örgü parametrelerinin 6,662 Å'dan 6,711 Å'a ve yasak enerji aralığının 2,40 eV'tan 2,42 eV'a arttığı belirlendi. Örneklerde taşıyıcı yoğunluğunun, altlık sıcaklığından önemli ölçüde etkilendiği ve oda sıcaklığında üretilen örneğin yaklaşık 100 kat daha yüksek taşıyıcı yoğunluğuna (~ 5×1017 cm-3) sahip olduğu görüldü. Oda sıcaklığında üretilen örneklerde yüksek sıcaklıklarda (250 K - 300 K) tünelleme türü iletim mekanizması baskın iken düşük altlık sıcaklığında üretilen örneklerde termiyonik emisyon türü iletim mekanizmasının baskın olduğu belirlendi.200 K altlık sıcaklığında üretilen CdS örneği kullanılarak hazırlanan Schottky diyotun engel yüksekliğinin (0,64 eV), 300 K altlık sıcaklığında üretilen CdS örneği kullanılarak hazırlanan Schottky diyotun engel yüksekliğine (0,57 eV) göre daha fazla olduğu görüldü. Her iki diyotun ideallik çarpanlarının 1'den büyük olduğu (300 K için 5,4; 200 K için 3,1) belirlendi. Bu diyotlar için genel olarak tünelleme türü iletim mekanizmasının baskın olduğu görüldü.Anahtar Kelimeler: CdS, Soğuk Altlık, Schottky Diyot, Akım Taşıma Mekanizması

Abstract:
In this study, the effect of the cold substrate temperature on the CdS thin films, which are used as optical window in solar cells, have been investigated. Also the effect of the cold substrate temperature on Cu/CdS/SnO2 Schottky diode structure has been investigated. CdS thin films were prepared on glass substrate by vacuum evaporation in quasi-closed volume. The substrate temperatures were selected as 300, 250, 200, 150 and 100 K. The structural, electrical and optical properties of these thin films were investigated. For preparation of Schottky diode structure on SnO2 coated glass substrate the CdS thin films were produced at substrate temperature 300 K and 200 K.CdS thin films have hexagonal crystal structure. Miller indices corresponding to the peaks in the pattern were determined as (100), (002) and (004). Reflection from (002) plane was the most intense for all samples. Although the thickness for the samples prepared at relatively low temperature (1.6 µm) is higher than that of the sample prepared at 300 K (1.0 µm) the former had approximately 10 % smaller particle size. It is determined that lattice parameter c increased from 6.662 Å to 6.711 Å with decreasing substrate temperature. Also it is observed that band gaps of samples increased from 2.40 eV to 2.42 eV as the substrate temperature was decreased. The carrier concentration (~ 5×1017 cm-3) of the sample prepared at 300 K is found to be larger than that of the one prepared at cold substrate (~ 5×1015 cm-3). Tunnelling mechanism was found to be the dominant conduction mechanism above 250 K for the sample prepared at 300 K. However, thermionic emission mechanism was the dominant conduction mechanism above 250 K for samples prepared at cold substrates (200 K, 100 K).The Schottky diode, Cu/CdS/SnO2, produced at a substrate temperature of 200 K had a larger barrier height (0.64 eV) than that of the Schottky diode (0.57 eV) produced at 300 K. All diodes have larger ideality (5.4 for 300 K, 3.1 for 200 K) factor than 1. Tunnelling was the dominant conduction mechanism for these diodes.Key Words: CdS, Cold Substrate, Schottky Diode, Current Transport Mechanism