Kaplama basıncının amorf InGaZnO ince filmler ve Schottky diyotlar üzerindeki etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of deposition pressure on amorphous InGaZnO thin film and Schottky diodes
Yazar: GÜRKAN KURTULUŞ
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında amorf InGaZnO (a-IGZO) ince filmler ve Schottky diyotlar üzerinde Argon kaplama basıncı etkisinin araştırılması hedeflendi. Magnetron püskürtme yöntemi kullanılarak, n-Si ve cam alttaşlar üzerinde 5-30 mTorr arasında, 5'er mTorr aralıklar ile, farklı Argon basınçlarda 6 set InGaZnO ince film üretildi. Yapısal, morfolojik ve optik karakterizasyonları sırasıyla x-ışınları kırınımı (XRD), ikincil iyon kütle spektroskopisi (SIMS), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve morötesi-görünür spektrometresi (UV-Vis) sistemleri ile analiz edildi. İnce filmlerin amorf yapısı düşük açılı x-ışınları ölçümleri, arayüzey homojenliği ve ince film kalınlıkları ise ikincil iyon kütle spektroskopisi ile belirlendi. Atomik kuvvet mikroskobu ve taramalı elektron mikroskobu ile kaplama basıncının, ince filmlerin yüzey özelliklerine etkisi incelendi. Kaplama basıncındaki artışın ya da düşüşün, tane boyutunun veya yüzey morfolojisinin düzenli olarak iyileşmesi veya bozulması üzerinde sıralı bir etkisinin olmadığını belirlendi. Morötesi-görünür spektroskopisi ölçümlerinde, yasak enerji aralığının kaplama basıncının artması ile literatürdeki çalışmalara benzer şekilde 3,58 eV'dan 3,50 eV'a düştüğü görüldü. İnce film analizleri tamamlandıktan sonra, elektriksel karakterizasyonlar için diyot fabrikasyonları tamamlanarak AuNiGe/a-IGZO/n-Si/AuNiGe/Au Schottky diyot yapısı oluşturuldu. Diyotların akım-gerilim (I-V) karakteristikleri karanlık ortamda ve oda sıcaklığında ölçüldü. Doyma akımı (I0), idealite faktörü (n) ve bariyer yüksekliği (ϕB) termoiyonik emisyon teorisi kullanılarak belirlendi. Aynı zamanda seri direnç (Rs), şönt direnci (Rsh) Cheung fonksiyonları ve Norde metodu kullanılarak belirlendi. Yapılan analizler sonucunda elde edilen verilere göre 15-25 mTorr kaplama basınçlarında üretilen amorf a-IGZO ince filmler ve Schottky diyotların, diğerlerinden daha iyi sonuçlara sahip olduğu belirlendi.

Abstract:
In this thesis, it has been aimed to investigate the Argon coating pressure effect on amorphous InGaZnO (a-IGZO) thin films and Schottky diodes. By using the magnetron sputtering method, 6 sets of InGaZnO thin films have been produced on n-Si and glass substrates at different Argon pressures between 5-30 mTorr, with 5 mTorr intervals. Structural, morphological and optical characterization have been analyzed by X-ray diffraction (XRD), secondary ion mass spectroscopy (SIMS), atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) and ultraviolet-visible spectrometry (UV-Vis) systems, respectively. The amorphous structure of the thin films has been determined by low-angle x-ray measurements, and the interfacial homogeneity and thin film thicknesses have been determined by secondary ion mass spectroscopy. The effect of coating pressure on the surface properties of thin films has been examined using atomic force microscopy and scanning electron microscopy. It has been determined that the increase or decrease in coating pressure has no sequential effect on the regular improvement or deterioration of grain size or surface morphology. In ultraviolet-visible spectroscopy measurements, it was determined that the forbidden energy gap decreased from 3,58 eV to 3,50 eV with increasing coating pressure, similar to studies in the literature. After the thin film analyzes were completed, diode fabrications were completed for electrical characterizations and the AuNiGe/a-IGZO/n-Si/AuNiGe/Au Schottky diode structure was created. Current-voltage (I-V) characteristics of the diodes have been measured in the dark and at room temperature. The saturation current (I0), ideality factor (n) and barrier height (ϕB) have been determined using thermionic emission theory. Also, series resistance (Rs) and shunt resistance (Rsh) have been determined using Cheung functions and the Norde method. According to the data obtained as a result of the analysis, it can be said that a-IGZO thin films and Schottky diodes produced at 15-25 mTorr coating pressures have better results than others.