TiN ve TiO2 ince filmlerinin hazırlanması ve optik özelliklerinin incelenmesi
Preparation of tin and TiO2 thin films and investigation of their optical properties
Yazar: AYŞE BEGÜM ARIĞ
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN ZAFER DURUSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Optik film = Optical film ; Optik özellikler = Optical properties ; Silisyum dioksit = Silicon dioxide ; Titanyum dioksit = Titanium dioxide ; Titanyum nitrür = Titanium nitride ; İnce filmler = Thin films ; İnce metalik filmler = Thin metallic films

Özet:
Bu tez çalışmasında öncelikli olarak tek katlı TiO2, SiO2 ve TiN ince filmleri, vakum sistemi üzerine kurulan yeni unsurlarla oluşturulmuş RF/DC reaktif magnetron kopartma sistemi kullanılarak farklı deneysel koşullarda 1737F camı, mikroskop camı ve Si alttaşlar üzerine hazırlanmıştır. Kaplama parametrelerinin elde edilen TiO2 yalıtkan ince filmleri ile TiN metalik ince filmlerinin optik, elektriksel ve yapısal özelliklerine olan etkisi incelenmiştir. Bu amaçla farklı O2 / N2 gaz konsantrasyonu, çalışma basıncı, RF/DC gücü ve negatif alttaş besleme geriliminde deneyler gerçekleştirilmiştir. Böylece kaliteli tek katlı ince filmler elde etmek için gerekli olan optimum hazırlama koşulları belirlenmiştir.Hazırlanan TiO2, SiO2 ve TiN ince filmlerin optik özellikleri, yapısal özellikleri ve elektriksel özellikleri sırasıyla spektrofotometre, atomik kuvvet mikroskobu (AFM), ve dört nokta tekniği prensibiyle çalışan elektriksel direnç ölçüm düzeneği kullanılarak belirlenmiştir.Tek katlı filmlerin karakterizasyonu yapıldıktan sonra yüksek-düşük kırma indisli malzeme çifti olarak TiO2-SiO2 seçilerek çok katlı yapılar hazırlanmıştır. Buna göre görünür bölge ile yakın kırmızıaltı bölgede 2 ile 4 katlı yansıtmasız filtreler ve 4, 6 ile 12 katlı dielektrik aynalar hazırlanmıştır. Bu çok katlı yapıların 350-1100 nm bölgesindeki optik cevabı, matris teorisi kullanılarak geliştirilen tasarım programındaki teorik modelle karşılaştırılmıştır. Görünür (400-650 nm) ve yakın kırmızıaltı (650-1100 nm) geniş aralıklı bölgelerde hazırlanan örneklerde % 99,3 tam yansıtan, % 97,0 yansıtmayan (tek yüzü kaplı) ve % 99,7 yansıtmayan (her iki yüzü de kaplı) endüstriyel kalitede numuneler elde edilmiştir.

Abstract:
In this thesis study, single layer TiO2, SiO2 and TiN thin films were prepared on the 1737F glass, microscope glass and Si substrates by RF/DC reactive magnetron sputtering system which has constructed by adding new components to an old vacuum system. The influence of deposition conditions to the optical, electrical and structural properties of the insulating TiO2 and metallic TiN thin films have been investigated. Deposition cycles have been carried out in different O2 / N2 reactive gas concentrations, working pressure, RF/DC power and negative substrate bias voltages. Then, the deposition conditions which are required to obtain high quality, single layer TiO2, SiO2 and TiN films have been optimized.Optical properties of single layer films were measured by means of photospectrometry. Through simultaneous measurements of optical transmittance, optical reflectance, the refractive index and extinction coefficient have been deduced in terms of wavelength. The structural and electrical properties of these films were measured by means of atomic force microscopy and four point probe resistivity measurement system.Finally, using high-low refractive index film pairs, like TiO2-SiO2, to form many multilayers, dielectric mirrors and filters have been manufactured in the visible and near infrared regions. 2, 4 layered anti-reflective filters and 4, 6, 12 layered dielectric mirrors have been prepared. Optical reflection and transmission measurements of samples have shown excellent match to designed models. In the VIS (400-650 nm) and NIR (650-1100 nm) wide band regions completely reflecting (% 99.3) and completely non-reflecting (one-face-coated, % 97.0 and two-face-coated, % 99.7) industrial quality samples were manufactured.