Fiziksel buhar biriktirme yöntemi ve doktor blade kaplama tekniği ile üretilen CuInSe2 ince filmlerin özelliklerinin araştırılması
Investigation of properties of CuInSe2 thin films produced by physical vapor deposition method and doctor blade coating technique
Yazar: CANSU AYTUĞ
Danışman: PROF. DR. KORAY YILMAZ
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films

Özet:
Bu çalışmada I-III-VI yarıiletken grubuna ait %1 Ge katkılı CuInSe2
ince filmlerinin, yapısal, elektriksel ve optik özellikleri; XRD, sıcaklık bağımlı
elektriksel iletkenlik, Hall etkisi ve soğurma ölçümleri ile belirlenmiştir.
İnce filmler termal buharlaştırma yöntemi ve doktor blade kaplama
tekniği ile elde edilmişlerdir. Termal buharlaştırma yöntemi ile elde edilen
filmler 100 ve 300 °C sıcaklıklarında, doktor blade kaplama tekniği ile elde
edilen filmler ise 200 ve 400 °C sıcaklıklarında 30 dakika tavlanmıştır.
Çalışmanın amacı tavlama işleminin film özellikleri üzerindeki etkisinin
araştırılmasıdır. Termal buharlaştırma yöntemi ile elde edilen filmlerin
stokiyometrik oranı tutarlı değilken doktor blade kaplama tekniği ile üretilmiş
filmlerin istenilen stokiyometrik orana sahip ve tetragonal yapıda olduğu
belirlenmiştir.
İletim mekanizmaları, tuzak seviyeleri, iletkenlik tipi, taşıyıcı
konsantrasyonları ve mobilitelerin belirlenmesi için sırasıyla termal
buharlaştırma yöntemi ve doktor blade kaplama tekniği ile üretilen numuneler
için, 200-420 K sıcaklık aralığı ve oda sıcaklığında Hall ölçümleri
gerçekleştirilmiştir. Sırasıyla termal buharlaştırma yöntemi ve doktor blade
kaplama tekniği ile üretilen numunelerin özdirençlerindeki değişim, 5,24 ×
105 − 1,69 × 106 Ω. cm ve 8,64 × 104 − 1,25 × 106 Ω. cm aralığındadır.
Tavlama sıcaklığına bağlı olarak filmlerin özdirençlerinin düşüş eğiliminde
olduğu görülmüştür. Numunelerin iletkenliklerinin sıcaklıkla değişimi üç farklı
aktivasyon enerjisini ortaya koymaktadır. Sırasıyla termal buharlaştırma
yöntemi ve doktor blade kaplama tekniği ile üretilen numunelerin aktivasyon
enerjileri düşük sıcaklık bölgesinde 0,41– 23 meV ve 14 − 26 meV aralığında,
yüksek sıcaklık bölgesinde ise 341– 550 meV ve 131– 405 meV aralığındadır.
Hall ve hot probe ölçümleri ile numunelerin p tipi iletkenliğe sahip olduğu
bulunmuştur.
Numunelerin yasak enerji aralıkları UV-VIS-IR spektroskopisinde 190-
1100 nm dalga boyları arasında incelenmiştir. Üretim yöntemi ve tavlamaya
bağlı olarak yasak enerji aralıklarının 2,24 eV'dan 0,95 eV değerine düştüğü
gözlenmiştir.
ANAHTAR KELİMELER: Yarıiletken, İnce Film, Elektriksel Özellikler,
Optik Özellikler, Yapısal Özellikler, CuInSe2.

Abstract:
In this study, the structural, electrical and optical properties of 1% Ge
doped CuInSe2 thin films belonging to the I-III-VI semiconductor group were
determined by XRD, temperature dependent electrical conductivity, Hall
Effect and absorption measurements.
Thin films were obtained by thermal evaporation method and doctor
blade coating technique. The films obtained by thermal evaporation method are
annealed at 100 and 300 °C, and the films obtained by doctor blade coating
technique are annealed at 200 and 400 °C for 30 minutes. The aim of the study
is to investigate the effect of annealing on film properties. The films produced
by thermal evaporation method were not consistent with the stoichiometric
ratio, while the films produced with the doctor blade coating technique had the
desired stoichiometry and were tetragonal.
In order to determine conduction mechanisms, trap levels, conductivity
type, carrier concentrations and mobility for the samples produced by thermal
evaporation method and doctor blade coating technique, Hall measurements
were performed at 200-420 K temperature range and room temperature,
respectively. The change in resistivity of samples produced by thermal
evaporation method and doctor blade coating technique, respectively is in the
range of 5.24 × 105 − 1.69 × 106 Ω. cm and 8,64 × 104 − 1,25 × 106 Ω. cm.
Depending on the annealing temperature, the resistivity of the films has been
shown to tend to decrease. The variation of the conductivity of the samples
with temperature revealed three different activation energies. The activation
energies of the samples produced by thermal evaporation method and doctor
blade coating technique are in the range of 0.41– 23 meV and 14 − 26 meV in
the low temperature zone, 341– 550 meV and 131– 405 meV meV in the high
temperature zone. It was found that the samples have p type conductivity with
Hall and hot probe measurements.
Forbidden energy gaps of the samples were investigated between 190-
1100 nm wavelengths by UV-VIS-IR spectroscopy. Depending on the
production method and annealing, it was observed that the forbidden energy
gaps decreased from 2.24 eV to 0.95 eV.
KEYWORDS: Semiconductor, Thin Film, Electrical Properties, Optical
Properties, Structural Properties, CuInSe2.