Bi2o3 ince film büyütme ve karakterizasyonu
Growth and charactarization of Bi2o3 thin film
Yazar: NAGEHAN ŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. YUNUS AKALTUN
Erzincan Binali Yıldırım Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Büyütme =   ; Karakterizasyon = Characterization ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Bu tez çalışmasında, reaktif radio-frekans magnetron saçtırma yöntemi kullanılarak Bi2O3 ince filmler cam, silisyum ve indiyum kalay oksit (İTO) alt taşlar üzerine büyütüldü. Büyütme işlemi için bizmut oksit kaynağı olarak Bi2O3 target kullanıldı. Büyütmelerde ilk olarak gücün büyümeye etkisini incelemek için 40 W, 80 W ve 120 W güç seviyelerinde büyütmeler yapıldı. Daha sonar çalışma basıncının büyümeye etkisini incelemek için 8-24 mTorr çalışma basıncı aralığında 4mTorr'luk artışlarla büyütmeler yapıldı. Son olarak O2 kısmi basıncının büyümeye etkisini incelemek için 8mTorr ve 24mTorr çalışma basınçlarında 15sccm ve 45sccm O2 kısmi basıncında büyütmeler yapıldı. Büyütülen filmlerin yapısal ve optik özelliklerinin incelenmesi için X-Işını kırınımı (XRD), Enerji Dispersive Spektroskopisi (EDAX), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve soğurma ölçüm tekniği kullanılmıştır. XRD analizlerinde tüm filmlerde (111) yönelimli fcc-Bi2O3 ve (222) yönelimli fcc-Bi2O3 yapılar saptanmıştır. Büyütme parametrelerinin değişmesiyle tetragonal ve monoklinik yapılar oluşmuştur ve filmlerin XRD piklerinin yönelimi ve şiddeti değişmiştir. SEM analizinde çalışma parametrelerinin değiştirilmesi ile yüzey morfolojisinin değiştiği, yüzeyde farklı yapılar oluştuğu, yüzey homojenliği ve yoğunluğunun değiştiği görülmüştür. Optik analizler sonucunda büyütülen filmlerin 2,02 eV - 2,94 eV aralığında bant genişliğine sahip olduğu ve bant aralığının çalışma basıncının artmasıyla azaldığı saptanmıştır.
 Büyütülen filmlerde tavlama etkisinin incelenmesi için filmler 400°C' de atmosfer ortamında tavlanmıştır. Tavlanmış filmlerin XRD analizinde yeni polimorfların oluştuğu ve pik şiddetlerinde artış olduğu saptanmıştır. Optik analizlerde ise filmlerin bant genişliğinin arttığı ve soğurma sonuçlarının iyileştiği görülmüştür.
Deneysel sonuçlar büyütme gücünün, çalışma basıncının ve alt taşın Bi2O3 ince filmlerin yapısal, yüzeysel ve optik özellikleri üzerinde çok etkili olduğunu göstermiştir.

Abstract:
In this thesis study, Bi2O3 thin films were grown under different deposition parameters onto the glass, silicon and indium tin oxide (ITO) by using radio frequency magnetron sputtering technique. Bi2O3 target was used as the source of bismuth oxide. Initially growths were done under 40 W, 80 W and 120 W power levels in order to investigate the power difference effect on deposition. Then growths were done between 8-24mTorr (every 4mTorr) working pressure  levels in order to investigate the pressure difference effect on deposition. Finally growths were done under 8mTorr and 24mTorr working pressure, 15sccm and 45 sccm partial O2 pressure levels in order to investigate the partial O2 pressure difference effect on deposition. X-Ray Diffractometer (XRD), Energy Dispersive Spectroscopy (EDAX), Scanning Electron Microscope (SEM) and absorption measurement technique were used for investigation of structural, morphological and optic properties. XRD analyzes have shown that all films have had growth direction along the (111) fcc-Bi2O3 and (222) fcc-Bi2O3 structures. Monoclinic and tetragonal polymorphs were formed and the directions and intensity of  XRD peaks were changed with growth parameters difference. SEM analyzes have shown that the surface morphology, homogeneity and intensity were changed and different structures were formed on surfaces with growth parameters difference. Optical analyzes have shown that the films have had 2,02 eV - 2,94 eV band gap and the band gap have decreased with the increase of working pressure.
Films were annealed at 400°C atmosphere environment in order to investigate the annealing effect. XRD analysis of annealed films have shown that new polymorphs were formed and peak intensity were increased. Optical analyzes have shown that the band gaps of films were increased and the absorption results were improved.
The experimental studies have shown that growth power, working  pressure and substrate are very effective on the structural, optical and morphological properties of Bi2O3 thin films.