Sis kimyasal buhar biriktirme yöntemi ile büyütülen Cu2O yarıiletken ince filmlerin yapısal, elektriksel ve optik özelliklerin incelenmesi
Investigation of structural, electrical, and optical properties ofCu2O semiconductor thin films grown by mist chemical vapordeposition method
Yazar: ECE KUTLU NARİN
Danışman: PROF. DR. ŞİNASİ BARIŞ EMRE ; PROF. DR. SEFER BORA LİŞESİVDİN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Fizik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında sis-CVD tekniği ile büyütülen Cu2O ince filmlerin yapısal, elektriksel ve optik özellikleri incelenmiştir. Cu2O ince filmlerin büyüme davranışları, kullanılan sıvı öncülün pH değeri, büyütme sıcaklığı ve ITO ve FTO kaplı cam, c-Al2O3 ve Silisyum farklı kristal örgülere sahip alttaşlara bağlı olarak incelenmiştir. Cu2O ince filmlerin fiziksel özellikleri XRD, AFM, SEM, EDS, Raman spektroskopisi, UV-görünür bölge spektrofotometre ölçümleri ile gerçekleştirilmiştir. Büyütülen Cu2O ince filmlerin tümünde, kübik Cu2O kristalinin karakteristik piki olan (111) pikinin baskın olduğu ve polikristal bir büyüme davranışı görülmüştür. Sıcaklığa bağlı büyütmelerde, artan büyütme sıcaklığı ile birlikte 400 oC ve 450 oC sıcaklıklarda CuO kristal fazının oluştuğu görülmüştür. Büyütülen Cu2O ince filmlerin kalınlıkları yaklaşık olarak 300 nm ile 550 nm aralığında bulunmuştur. Optik ölçümler sonucunda Cu2O ince filmlerden alınan ölçümlerde 400-1100 nm aralığında maksimum geçirgenliğin %70 olduğu görülmüştür. Büyütülen Cu2O ve CuO ince filmler oda sıcaklığında gerçekleştirilen Hall etkisi ölçümleri sonucunda p-tipi yarıiletken davranış sergilemiştir. Elde edilen bulgular kapsamında yapısal ve optik özellikleri açısından kaliteli Cu2O ince filmlerin, sıvı öncülün pH değerinin 10 ve büyütme sıcaklığının ise 300 oC olduğu deneysel parametreler ile belirlenmiştir. Tek kristal alttaşlar c-Al2O3 ve Si üzerine gerçekleştirilen büyütmelerde ince filmlerin alttaşın örgüsünden bağımsız olarak kendi kristal fazında büyüdüğü belirlenmiştir. Optoelektronik uygulamalar ve literatür için elde edilen bulgular önem taşımaktadır.

Abstract:
In this study, the structural, electrical, and optical properties of Cu2O thin films grown by the Mist-CVD method were investigated. Cu2O thin film growth behaviors were analyzed depending on the pH value of the used liquid precursor, growth temperature, and substrates, as ITO and FTO-coated glass, c-Al2O3, and Silicon had different crystal lattices. The physical properties of Cu2O thin films were carried out via XRD, AFM, SEM, EDS, Raman spectroscopy, and UV-visible spectrophotometer measurements. It was determined that all of the grown Cu2O thin films had the dominant (111) diffraction peak, which is the characteristic peak of the cubic structure of Cu2O, and the polycrystalline growth behavior was observed. In temperature-dependent growths, it was observed that the CuO crystal phase was formed with increasing growth temperatures at 400 oC and 450 oC of temperature. The thickness of Cu2O thin films was approximately between 300 nm and 550 nm. As a result of optical measurements, it was observed that the measurements taken from Cu2O thin films had a maximum optical transmittance of 70% in the range of 400-1100 nm. It was determined that the grown Cu2O and CuO thin films exhibited p-type semiconductor behavior due to Hall effect measurements performed at room temperature. Within the scope of the findings obtained, it was determined by experimental parameters that the pH value of the liquid precursor was 10, and the growth temperature was 300 oC for quality Cu2O thin films in terms of their structural and optical properties. In the growths performed on single crystal substrates like c-Al2O3 and Si, it was determined that thin films were preferred to grow in their crystal phase regardless of the lattice of the substrate. The findings obtained are important for optoelectronic applications and literature.