?-FeSi2 ince filmlerin elde edilmesi ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi
Investigation of physical properties and synthesis of ß-FeSi2 thin films
Yazar: BEYHAN TATAR
Danışman: PROF. DR. KUBİLAY KUTLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Bölümü / Fizik Ana Bilim Dalı / Bilgisayar Ortamında Mimarlık Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Elektriksel özellikler = Electrical properties ; Optik özellikler = Optical properties ; Yapısal özellikler = Structural properties ; Yüzey özellikleri = Surface properties ; İnce filmler = Thin films ; İyon bombardımanı = Ion bombardment

Özet:
? -FeSi2 ince filmler oda sıcaklığında n-Si(100) ve p-Si(111) altlıklar üzerine dengelenmemiş manyetik alanda sıçratma tekniği ile büyütülerek ? -FeSi2/n-Si ve ? -FeSi2/p-Si heteroeklemler bu şekilde hazırlandı. Bu çalışmanın orjinalliği filmlerin kaplama işleminden sonra hiçbir ısıl işlem uygulanmadan bu heteroeklemlerin elde edilmesinin başarılmasıdır. Farklı film kalınlıklarında ? -FeSi2/Si heteroeklemlerin üretimi saf demirin Si altlıklar üzerine dengelenmemiş manyetik alanda sıçratma tekniğiyle kaplanmasıyla yapıldı. Kaplama işleminden önce altlıklar ve hedef nötral molekül kaynağı ile temizlendi.? -FeSi2 filmlerin mikro-yapıları X-ışınları kırınım analizleri ve Raman spektroskopi analizleri ile incelendi. Bu filmlerin elementel analizleri EDS ve GDOES analizleri kullanılarak yapıldı. ? -FeSi2 ince filmlerin yüzey özellikleri taramalı elektron mikroskobu, alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu ve atomik kuvvet mikroskobu ile karakterize edildi. ? -FeSi2 filmler polikristal yapıda oldukları tespit edildi. Ara katmanın yüzey özelliklerinin ve kristalliğinin altlığın yüzey özelliklerine bağlı olduğu bulundu. Altlığın yüzey özellikleri ve kaplama parametreleri optimize edilerek çok düzgün yüzey özelliklerine sahip ? -FeSi2 filmler hazırlanabileceği görüldü.? -FeSi2 filmlerin optiksel soğurma katsayıları oda sıcaklığında FT-IR ölçümleri ile belirlendi. Bu ? -FeSi2 filmlerin kıyı bölgesi içerisindeki optiksel soğurmasından direkt geçişli bir yarıiletken karakteristiğinde oldukları ve Eg=0,85 eV olarak belirlendi. ? -FeSi2/n-Si ve ? -FeSi2/p-Si heteroeklemlerin elektriksel özellikleri oda sıcaklığında akım-gerilim(I-V) karakteristikleri alınarak incelendi. Kaplanmış filmler tarafından alınan karanlıktaki akım-gerilim karakteristiklerinde heteroeklemler için doğrultucu özellik göstermiştir. İdeallik faktörü ve bariyer yüksekliği gibi diyot parametreleri termo iyonik emisyon teorisi kullanılarak belirlendi.Bunun yanında, bu çalışmada n-Si(100) altlıklar üzerine dengelenmemiş manyetik alanda sıçratma tekniği kullanılarak büyütülen yarıiletken ? -FeSi2 ince filmlerin yapı ve yüzey özelliklerine kaplamadan önce ve kaplama süresince uygulanan iyon bombardımanın etkisi incelendi.

Abstract:
ß-FeSi2 thin films were grown on n-Si (100) and p-Si (111) substrates at room temperature by unbalanced magnetron sputtering and ß-FeSi2/n-Si and ß-FeSi2/n-Si heterojunctions were thus prepared. The originality of the study is the achievement of heterojunctions without any further heat treatment of the deposition films. Pure iron is deposited on Si substrates with unbalanced magnetron sputtering for the production of ß-FeSi2/Si heterojunctions with different film thicknesses. Prior to coating process the target and substrates are cleaned with neutral molecular source.Microstructure of ß-FeSi2 films were investigated by X-Ray Diffraction analysis and Raman spectroscopy. Elemental analyses of ß-FeSi2 films were made using Energy Dispersive Spectroscopy and Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy. Surface properties of ß-FeSi2 films were characterized with Scanning Electron Microscopy, Field Emission Scanning Electron Microscopy and Atomic Force Microscopy. The ß-FeSi2 films were found to be polycrystalline in nature. Surface morphology and crystallinity of the template layers were found to depend on the surface conditions of substrates. ß-FeSi2 films with very smooth surfaces can be obtained by optimization of substrate surface properties and coating parameters.Optical absorption coefficients of the ß-FeSi2 films at room temperature were evaluated from the Fourier Transform Infrared Spectroscopy measurements. The optical absorption in the edge region of these ß-FeSi2 films was evaluated as Eg=0,85 eV which is characteristic for a direct transition semiconductor. The electrical properties obtained from current-voltage characteristics (I-V) of ß-FeSi2/n-Si and ß-FeSi2/n-Si heterojunctions at room temperature have been investigated. Dark current-voltage characteristics of the deposited coatings showed a rectifying behaviour for the heterojunctions.The diode parameters such as zero-bias barrier height and ideality factor were determined using thermionic emission theory.However, we have investigated the effect of ion bombardment during and after deposition on the structure and surface properties of semiconducting ß-FeSi2 thin films grown on n-Si (100) substrates at room temperature by unbalanced magnetron sputtering.