Cu2znsnse4 ince filmlerinin büyütülmesi, schottky diyot ve n-CdS/p-Cu2ZnSnSe4 aygıtlarının üretimi ve karakterizasyonu
Deposition of Cu2znsnse4 thin films, fabrication and characterization of schottky diodes and n-CdS/p-Cu2ZnSnSe4 devices
Yazar: DUYGU TAKANOĞLU BULUT
Danışman: PROF. DR. ORHAN KARABULUT
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films

Özet:
Bu çalışmada; Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) ince filmleri termal ve e-demeti buharlaştırma yöntemleri ile cam tabanlar üzerine büyütülmüştür. Üretilen filmler değişik sıcaklıklarda tavlanarak, yapısal özellikleri XRD, SEM ve Raman analizleri ile incelenmiştir. Yapısal analizler sonucunda iki farklı buharlaştırma yöntemi ile üretilen filmlerin kesterit yapıya sahip olduğu ve tavlama etkisine bağlı olarak daha düzenli yapıya geçerek tanecik boyutlarının arttığı gözlemlenmiştir. Filmlerin elektriksel parametreleri sıcaklığa bağlı iletkenlik ve Hall etkisi ölçümleri ile araştırılmıştır. Yapılan ölçümler sonucunda üretilen tüm filmlerin p-tipi iletkenliğe sahip olduğu, tavlama etkisi ile iletkenliklerinin ve taşıyıcı konsantrasyonlarının arttığı belirlenmiştir. Filmlerin ışığa karşı duyarlılıkları, sıcaklığa bağlı fotoiletkenlik ölçümleri ile incelenmiştir. Numunelerin fotoiletkenliğinin artan ışık şiddeti ile arttığı tespit edilmiştir. Optik soğurma ölçümleri ile filmlerin yasak enerji aralıkları araştırılmış ve tavlama etkisi ile birlikte yasak enerji aralıklarında düşüş gözlenmiştir.

Mo/CZTSe/Metal yapısında Schottky diyotları üretilerek; gümüş (Ag), indiyum (In) ve alüminyum (Al) gibi farklı metallerin üst kontak olarak kullanılması ile bu diyotların doğrultucu özellikleri araştırılmıştır. Karanlık ortamda yapılan akım/kapasitans-voltaj ölçümleri ile diyotların elektriksel parametreleri belirlenmiştir. Al metali kullanılarak oluşturulan diyotun doğrultucu özellik göstermediği ve omik davranışa sahip olduğu belirlenmiştir. Ag ve In kontak kullanılarak üretilen Schottky eklemlerinin ise doğrultucu davranış sergilediği tespit edilerek, diyotlara ait bariyer yükseklikleri, taşıyıcı yoğunlukları ve kontak potansiyelleri hesaplanmıştır. Heteroeklem güneş hücreleri, Mo/p-CZTSe/n-CdS yapısında oluşturulmuştur. Karanlık ve aydınlık altında akım-voltaj ölçümleri ile üretilen güneş hücrelerinin diyot özelliği gösterdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) thin films have been produced on glass substrates by thermal and e-beam evaporation methods. The structural properties of deposited thin films, annealed at different temperatures, were examined through XRD, SEM and Raman analysis. Structural measurements have indicated that films were kesterite structure, the size of grains and crystallization of the films increased with increasing annealing temperatures. Hall effect and temperature dependent conductivity measurements were used to determine electrical parameters of the films. It is observed that all films having p-type conduction, carrier concentration and conductivity of the samples increases with increasing annealing temperature. In order to study photosensitivity of the films, photoconductivity measurements depending on light intensity were carried out. Photoconductivity of the films increases with increasing intensity of light. The optical band gaps of these films which were determined by optical absorption measurements indicated a slightly decrease with annealing.

Schottky diode structures in the form of Mo/p-CZTSe/Metal were fabricated and rectifying properties of these devices were investigated with various top metal contacts such as Ag, Al and In. The electrical parameters of the diodes were determined by dark current/capacitance-voltage measurements. It has been determined that the diode with Al contacts has shown ohmic behavior. The rectifying behavior have been observed for Ag and In top contacts. The barrier heights, carrier densities and contact potentials of the diodes were also calculated. Heterostructures were obtained in the form of Mo/p-CZTSe/n-CdS. Dark and illuminated current-voltage measurements indicated that all samples have shown diode characteristics.