ALD yöntemi ile düşük sıcaklıkta büyütülen ZnO esaslı TFT'lerin üretimi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of ZnO based TFT's deposited under low temperature by ALD
Yazar: LÜTFULLAH DURNA
Danışman: PROF. DR. HAKAN ATEŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Atomik katman biriktirme (ALD) tekniği birçok malzemenin ince filmlerini üretme yeteneği olan bir buhar faz tekniğidir. ALD ardışık ve kendinden sınırlı reaksiyonlar, yüksek en-boy oranı olan yapılarda homojen kaplama, nanometre boyutta kalınlık kontrolü ve ayarlanabilir film kompozisyonu sağlayabilmektedir. Böylece bu yöntem birçok endüstriyel ve araştırma uygulamaları için güçlü bir araç olarak orta çıkmaktadır.               3,1-3,4 eV bant aralığına sahip olan çinko oksit (ZnO) birçok uygulama için gelecek vaat eden bir malzeme olduğundan dolayı bu teknikte kullanılmasına karar verilmiştir. Ayrıca bu malzemenin en önemli özelliklerinden biri yüksek uyarılma bağ enerjisi (60 meV) olup bu özellik çinko oksiti hızlı tepki verebilen metal oksit yarıiletkenle alan etkili transistörler (MOSFETs) için güçlü bir aday malzeme yapar. Yapılan çalışmalar gösteriyor ki çok çeşitli uygulamalarda kullanılabilen ZnO, ALD tekniği ile daha başarılı sonuçlar elde etmek için uygundur. Bu çalışmada, ZnO ve Al2O3 malzemelerini düşük sıcaklıkta, yüksek verimlilikte elektronik devre elemanları üretmek isteyen sektörlere kazandırmak için atomik katman biriktirme tekniği kullanılmıştır. Silisyum alttaş üzerine yalıtkan malzeme olarak Al2O3 ve yarıiletken olarak ZnO kaplanarak MOSFET yapısında ince film transistörler (TFT) üretilmiştir. Üretilen TFT' nin elektriksel ölçümleri sonucunda aktif katmanı 59,8x103  Ω.cm özdirencine, ohmik kontağı 6,91*10-3  Ω.cm2 kontak direncine ve Kapı eşik gerilimi yaklaşık 2,5 VDC değerine sahip olduğu görülmüştür. X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), X-ışını Kırınım Cihazı (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) ile incelendi. ZnO ince filmler 80°C'de ve Al2O3 ince filmler 200°C'de başarılı bir şekilde elektrisel özellikleri kabul edilebilir ve amorfa yakın kristal yapıya sahip olduğu görülmüştür.
Bu çalışmanın, ALD ile ince film transistör üretimine dayalı uygulamalar için öncü bir çalışma olacağına ileride daha iyi kristalite ve elektriksel özelliklere sahip TFT üretimi için iyi bir kaynak olacağına inanılmaktadır.

Abstract:
The atomic layer deposition (ALD) technique is a vapor phase technique capable of producing thin films of many materials. ALD sequential and self-limited reactions can provide homogeneous coating, nanometric dimensional thickness control and adjustable film composition in structures with high aspect ratios. Thus, this method emerges as the medium as a powerful tool for many industrial and research applications. Zinc oxide (ZnO) with a band gap of 3,1-3,4 eV has been decided to be used in this technique because it is a promising material for many applications. Furthermore, one of the most important properties of this material is the high excitation bond energy (60 meV), which makes a strong candidate material for metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) that can react rapidly to zinc oxide. Studies have shown that ZnO, which can be used in a wide range of applications, is suitable for achieving more successful results with ALD technique. In this study, atomic layer coating technique is used in order to bring ZnO and Al2O3 materials to the sectors that want to produce high efficiency electronic circuit elements at low temperature. Al2O3 as a dielectric material and ZnO as semiconductor on silicon substrate and thin film transistors (TFT) in MOSFET structure were produced. As a result of the electrical measurements of the produced TFT, the active layer has a resistivity of 59,8*103 Ω.cm, the ohmic contact has a contact resistance of 6,91*10-3 Ω.cm2 and the Gate threshold voltage is approximately 2,5 VDC. X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM) were examined. ZnO thin films at 80°C and Al2O3 thin films at 200°C were found to be successful in their electrical properties and have a crystal structure close to the amorfhous. It is believed that this study will be a good source for TFT production with better crystallite and electrical properties in the future as it will be a pioneering study for applications based on thin film transistor production with ALD.