MgO ara yüzey tabakalı yarıiletken aygıtların elektronik ve optoelektronik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of electronic and optoelectronic properties of MgO interface layer semiconductor devices
Yazar: BAŞAK ÇAĞLAYAN TOPRAK
Danışman: PROF. DR. SAİME ŞEBNEM AYDIN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fotonik Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Magnezyum oksit = Magnesium oxide ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films

Özet:
Magnezyum oksit (MgO), yüksek optik şeffaflık, düşük ısı iletkenliği, kimyasal eylemsizlik, yüksek ısı direnci ve mekanik dayanıklılık gibi çeşitli nitelikleriyle bilinen bir malzemedir. Toksik olmaması, kimyasal ve fiziksel stabilitesi nedeniyle magnezyum oksit (MgO) malzemesi antibakteriyel, antimikrobiyal ve fotokatalitik gibi özellikler için kullanılabilir. Optik, elektriksel, manyetik, termal, mekanik ve kimyasal nitelikleri nedeniyle nano ölçekli magnezyum oksit geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir. MgO ince filmleri düşük kırılma indisine, mükemmel şeffaflığa ve geniş bant aralığına sahip olması nedeni ile optoelektronik uygulamalarda kullanılır. Böylece optik ve elektriksel alanlarda önemli bir rol oynar. Literatürdeki çalışmalar incelendiğinde MgO ince filmleri ara yüzey tabakası olarak elektronik ve optoelektronik özellikleri üzerinde detaylı bir araştırma yapılmadığı görülmektedir. Bu tez çalışmasının amacı, MgO arayüzey tabakalı yarıiletken aygıtların elektronik ve optoelektronik özelliklerinin incelenmesidir. Bu çalışmada, eş-püskürtme tekniği ile oda sıcaklığında n-Si ve cam alttaşlar üzerine 100 nm kalınlığında MgO ince filmler biriktirildi. Üretilen MgO ince filmlerin X-ışını Kırınım (XRD), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) ve UV-Vis spektroskopisi sistemleri kullanılarak yapısal, morfolojik ve optik özellikleri belirlendi. MgO ince filmin XRD deseninde kırınım pikleri 36.29'de (111) ve 43.55'de (200) olarak bulundu ve bu XRD kırınım deseninden yapının kübik olduğu tespit edilmiştir. MgO ince filmin geçirgenlik değerinin görünür ışık bölgesinde %90 civarında olduğunu görüldü. MgO filmin maksimum optik absorbansının UV bölgesinde meydana geldiği, VIS/yakın kızılötesi (NIR) bölgesinde ise değerinin düşük ve nispeten sabit olduğu görüldü. MgO ince filmin direkt optik bant aralığının 3,98 eV olarak bulundu. Termal buharlaştırma sistemi kullanarak altın (Au) metal kontakların oluşturulması ile hazırlanan Au/MgO/n-Si Schottky diyotun akım-voltaj (I-V) ve kapasitans-voltaj (C-V) ölçümleri oda sıcaklığında gerçekleştirildi. I-V ölçümlerinin analizi sonucunda idealite faktörü η= 3,79, bariyer yüksekliği Φb= 0,76 eV ve seri direnç Rs= 5,36 x10^3 Ω olarak elde edildi.

Abstract:
Magnesium oxide (MgO) is a material known for its various qualities such as high optical transparency, low thermal conductivity, chemical inertness, superior heat resistance and mechanical strength. Due to its non-toxicity and chemical and physical stability, magnesium oxide (MgO) material can be used for properties such as antibacterial, antimicrobial and photocatalytic. Due to its optical, electrical, magnetic, thermal, mechanical and chemical qualities, nanoscale magnesium oxide is used in a wide range of applications. MgO thin films have low refractive index, excellent transparency and wide bandgap optical properties. Therefore, it is used in optoelectronic applications. Thus, it plays an important role in optical and electrical fields. When the studies in the literature are examined, it can be seen that no detailed research has been conducted on the electronic and optoelectronic properties of MgO thin films as the interface layer. The aim of this thesis is to examine the electronic and optoelectronic properties of semiconductor devices with MgO interface layers. In this study, 100 nm thick MgO thin films were deposited on n-Si and glass substrates at room temperature using the co-sputtering technique. Structural, morphological and optical properties of the produced MgO thin films were determined using X-ray diffraction system (XRD), Atomic Force Microscope (AFM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and UV-Vis spectroscopy. In the XRD pattern of the MgO thin film, the diffraction peaks were found at 36.29 (111) and 43.55 (200), and it was determined from this XRD diffraction pattern that the structure was cubic. It was observed that the transmittance value of MgO thin film was around 90% in the visible light region. It was observed that the maximum optical absorbance of the MgO film occurred in the UV region, while its value was low and relatively constant in the VIS/near infrared (NIR) region. The direct optical band gap of the MgO thin film was found to be 3.98 eV. Current-voltage (I-V) and capacitance-voltage (C-V) measurements of the Au/MgO/n-Si Schottky diode, which was prepared by forming gold (Au) metal contacts using a thermal evaporation system, were carried out at room temperature. As a result of the analysis of I-V measurements, the ideality factor was obtained as η= 3.79, the barrier height as Φb= 0.76 eV and the series resistance as Rs= 5.36 x10^3 Ω.