Döndürerek kaplama yöntemiyle farklı tavlama sıcaklıklarında üretilen ZnO yarıiletken filmlerinin bazı fiziksel özelliklerinin incelenmesi
The investigation of the some physical properties of ZnO semiconductor films produced by spin coating method at different annealing temperatures
Yazar: SENA ALTUNCU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MEHMET PEKER
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: X ışını kırınımı = X ray diffraction ; Yarı iletkenler = Semiconductors ; Çinko oksit = Zinc oxide ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Bu çalışmada, döndürerek kaplama yöntemiyle, farklı tavlama sıcaklıklarında (450 ?, 500 ? ve 550 ?), cam tabanlar üzerinde ZnO yapısındaki filmler elde edilmiş ve bu filmlerin yapısal, optiksel, yüzeysel ve elektriksel özellikleri incelenmiştir. Tavlanmamış ve 450?, 500?, 550? sıcaklıklarında tavlanmış ZnO filmlerinin kalınlıkları ve bazı optik parametreleri (sönüm katsayısı ve kırılma indisi) spektroskopik elipsometri ile belirlenmiştir. Film kalınlıkları 198-225 nm aralığında değerler almıştır. X ışını kırınım desenlerinden elde edilen tüm tavlanmış filmlerin wurtzite ve polikristal yapıda olduğu belirlenmiştir. Elde edilen bütün filmlerin, optik yöntem kullanılarak, direkt bant geçişli oldukları ve yasak enerji aralığı değerlerinin de, 3,25 - 3,34 eV arasında değiştiği belirlenmiştir. Filmlerin yüzey morfolojisinin analizleri ve elemental analizleri ayrı ayrı Alan Emisyon Taramalı Elektron Mikroskobu (FESEM) ve FESEM'e bağlı bulunan Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (EDS) tekniği ile gerçekleştirilmiştir. Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) ile filmlerin yüzey topografileri ve yüzey pürüzlülükleri incelenmiştir. Bütün filmlerin elektriksel iletim türünün, sıcak-uç yöntemi kullanılarak, n-tipi olduğu belirlenmiştir. Filmlerin iletim mekanizmalarını, elektriksel iletkenlik ve özdirenç değerlerini belirlemek için iki uç metodu kullanılmıştır. ZnO filmlerin iletkenlik değerleri 1,78x10-5 ? 5,21x10-4 (? cm)-1 arasında hesaplanmıştır. Akım voltaj karakteristiklerinden bütün filmlerde ohmik iletim mekanizması saptanmıştır. Yapılan bu incelemeler sonucunda, elde edilen ZnO yapısındaki filmlerin yapısal, optiksel, yüzeysel ve elektriksel özelliklerinin, tavlama sıcaklığına bağlı olarak değiştiği tespit edilmiştir.Anahtar Kelimeler: ZnO, Döndürerek Kaplama Yöntemi, X-Işını Kırınımı (XRD), Spektroskopik Elipsometre, Optik Özellikler, Alan Emisyon Taramalı Elektron Mikroskobu (FESEM), Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (EDS), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Elektriksel Özellikler.

Abstract:
In this work, ZnO films have been produced by spin coating method at different annealing temperatures (450 ?, 500 ? and 550 ?) on to the glass substrates and structural, optical, surface and electrical properties of these films have been investigated. Thicknesses and some optical parameters (refractive index and extinction coefficient) of as grown and annealed (at 450 ?, 500 ? and 550 ?) ZnO films have been determined by spectroscopic ellipsometer. The thicknesses of the films have been found to be between 198-225 nm. X-ray diffractometer measurements have been showed that all of the annealed ZnO films are polycrystalline with wurtzite structure. All of the films have been determined to have direct band transition by using optical method and the forbidden band gap of the films have been observed to vary between 3.25-3.34 eV. The analyses of surface morphology and elemental analyses of the films have been performed by Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM) and the Energy Dispersive X-ray (EDS) Spectroscopy technique, respectively. Surface topography and surface roughness of the films have been investigated by Atomic Force Microscope (AFM). The type of the electrical conductivity of all the films have been determined to be n-type by using hot-probe method. Two-probe method has been used to determine the conduction mechanisms, electrical conductivity and resistivity values of the films. Conductivity values of ZnO films have been found to be between 1.78x10-5 ? 5.21x10-4 (? cm)-1. The ohmic conduction mechanisms have been observed in the current-voltage characteristics of all the films. Finally, structural, optical, surface and electrical properties of the ZnO films have been determined to vary according to the annealing temperature.Keywords: ZnO, Spin Coating Method, Spectroscopic Ellipsometer, X-Ray Diffraction (XRD), Optical Properties, Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Atomic Force Microscope (AFM), Electrical Properties.