Tekli RF plazma metodu ile üretilmiş amorf hidrojenlenmiş karbon ince filmlerin (a-C: H) optik bant aralıklarının karakterizasyonu
Characterisation of optical band gap energies of amorf hydrogeneted carbon thin films (a-C: H) produced by single RF plasma method
Yazar: HAYRETTİN KIZILÇAOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. KADİR GÖKŞEN ; DOÇ. DR. YAVUZ KÖYSAL
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Fiziksel optik = Physical measurements ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films

Özet:
Bu çalışmada plazma kaplama metodu ile üretilmiş a-C:H ince filmlerin optik bant aralıkları incelenmiştir. Çalışmada kullanılan ince filmler 15 dakika kaplama süresi içerisinde ve 0,2 torr çember basıncı altında üretilmiştir. İnce filmlerin üretiminde kullanılan plazma, farklı numuneler için 40 MHz plazma frekansı altında ve 100, 150 ve 200 W elektrik güçleri altında oluşturulmuştur. Üretilen ince filmlerin kalınlıkları elipsometre cihazı ile sırasıyla 100, 150 ve 200 W elektrik gücü altında üretilen ince filmler için 798, 850 ve 946 Ao olarak bulunmuştur. Analizler sonucu plazma frekansının değiştirilmesinin film kalınlıklarına herhangi önemli bir etkisi olmadığı ve plazma gücünün ve kaplama süresinin artırılmasının ince film kalınlığını artmasını sağladığı ortaya çıkarılmıştır. İnce filmlerin optik özellikleri ışık geçirgenlik deneyleri aracılığı ile incelenerek, 100, 150 ve 200 W elektrik güçleri altında üretilmiş plazmalar tarafından kaplanan ince filmlerin dalgaboyuna ve ışık enerjisine bağlı optik geçirgenlik verileri elde edilmiştir. Bu veriler kullanılarak filmlerin dalgaboyuna bağlı soğurma katsayıları hesaplanmıştır. Soğurma katsayılarından faydalanarak, filmlerin optik bant aralıkları sırasıyla 1,36, 1,23 ve 0,86 eV olarak bulunmuştur. Yapılan analizler sonucu, ince film üretiminde plazma frekansının rolünün önemli olduğu, plazma frekansına uygulanan değişikliklerin doğrudan üretilen filmin bağ yapısını etkilediği ve bunun sonucu olarak optik bant enerjilerinde farklılık meydana getirdiği ortaya çıkarılmıştır. Hesaplamaların sonuçlarından faydalanılarak, ince filmlerin üretim koşullarına bağlı optik bant aralığı değişimleri teorik olarak modellenmiştir. Elde edilen model, bazı bilinen renklerde verimli çalışacak cihazların üretiminde kullanılabilme potansiyeli olan ince filmler için üretim parametrelerinin hesaplanmasında kullanılmıştır.

Abstract:
In this study, optical band gap energies of a-C: H thin films produced by the plasma coating method were investigated. Thin films used in the study were produced within 15 minutes of coating time and under 0.2 torr chamber pressure. The plasma used in the production of thin films was generated under 40 MHz plasma frequency for different samples and under electric powers of 100, 150 and 200 W. The thicknesses of the produced thin films were found to be 798, 850 and 946 Ao for the thin films produced under the electric powers of 100, 150 and 200 W, respectively by an ellipsometer. Analyzes have shown that changing the plasma frequency has no significant effect on the film thickness, and increasing the plasma power and duration of the coating has increased the thin film thickness. The optical properties of thin films were examined by means of light transmittance experiments and the optical transmittance data of thin films produced under electric powers of 100, 150 and 200 W were obtained with respect to wavelength and light energy. Using this data, the wavelength-dependent absorption coefficients of the films were calculated. By using the absorption coefficients, the optical band gap energies of the films were found to be 1.36, 1.23 and 0.86 eV, respectively. Analyzes have revealed that the role of plasma frequency in the production of thin films is important, and that the changes in plasma frequency affect directly produced film's bond structure, which in turn leads to differences in optical band energies. Utilizing the results of the calculations, the optical band gap changes depending on the production conditions of the thin films are theoretically modeled. The obtained model was used to calculate the production parameters for thin films which are potentially usable in the production of devices which will work efficiently at some known color wavelengths.