Tekli RF plazma metodu ile üretilmiş amorf hidrojenlenmiş karbon ince filmlerin optik bant aralıklarının plazma akış hızına bağlı incelenmesi
Investigation of the dependence of optical band gap energy of amorph hydrogenated carbon thin films produced by single RF plasma method on plasma flow rate
Yazar: TAMER ŞİMŞEK
Danışman: DOÇ. DR. KADİR GÖKŞEN
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Fiziksel optik = Physical measurements ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films

Özet:
Bu çalışmada, 0,2 torr plazma kazanı basıncı altında 15 dakika süresince 100 W elektrik gücü kullanılarak 40 MHz frekans altında oluşturulan plazmaya maruz bırakılarak plazma depozisyon tekniği ile üretilen a-C:H ince filmlerin optik bant aralıklarının, kazanda uygulan gaz akış hızı parametresine bağlı değişimi incelenmiştir. Üretilen ince filmlerin kalınlıkları, 2 cm3/dakika akış hızında üretilen ince film için 585 Å, 3 cm3/dakika akış hızında üretilen ince film için 758 Å ve 4 cm3/dakika akış hızında üretilen ince film için ise 684 Å olarak bulunmuştur. Plazma frekansının ince film kalınlığı üzerinde herhangi önemli bir etkisi olmadığı ve benzer şekilde plazma akış hızı ile film kalınlığı arasında doğrudan bir bağlantı kurmanın mümkün olmadığı açığa çıkmıştır. 2, 3 ve 4 cm3/dakika akış hızlarında üretilen ince filmler optik geçirgenlik deneylerine tabi tutulmuştur. Kullanılan ışığın dalgaboyuna ve enerjisine bağlı soğurma katsayıları, her bir akış hızı parametresinde üretilmiş ince film için optik geçirgenlik deneyleri sonucu elde edilen veriler kullanılarak hesaplanmıştır. Soğurma katsayıları kullanılarak yapılan analizler sonucu 2, 3 ve 4 cm3/dakika akış hızlarında üretilen ince filmlerin optik bant aralıkları sırasıyla 1,41 eV, 1,48 eV ve 1,42 eV olarak hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar, yine literatürde benzer şartlarda üretilen ince filmler için elde edilen sonuçlar ile kıyaslanmıştır. Üretilen ince filmlerin optik bant aralıklarının gaz akış hızı parametresine nasıl bir bağlılık gösterdiğini açıklayan matematiksel bir eğri denklemi oluşturulmuştur. Bu denklem kullanılarak, günümüz kızılötesi iletişim teknolojisinde kullanılan elektromanyetik dalgalara ait bazı dalgaboyu ve enerji değerlerinde, yüksek verimle çalışması olası olacak cihazlarda kullanılabilecek ince filmlerin hangi üretim şartlarında üretilebileceği öngörülmüştür. Çalışmanın sonunda, ince filmlerin gerçek yaşam uygulamalarında kullanılabilirliğini artırma amaçlı bir çalışma önerisi sunulmuştur.

Abstract:
In this study, the optical band gap energies of the a-C:H thin films produced by the plasma deposition technique was investigated. The plasma was produced under a frequency of 40 MHz using a 100 W electric power for 15 minutes under 0.2 torr plasma pressure. The thicknesses of the produced thin films were found to be 585 Å for a thin film produced at a flow rate of 2 cm3/minute, 758 Å for a thin film produced at a flow rate of 3 cm3/minute, and 684 Å for a thin film produced at a flow rate of 4 cm3/minute. It has become clear that there is no significant effect of the plasma frequency on the thin film thickness, and similarly it is not possible to establish a direct connection between the plasma flow rate and the film thickness. Films produced at flow rates of 2, 3 and 4 cm3/minute were subjected to optical transmission tests. The absorption coefficients depending on the wavelength and energy of the light used are calculated using the data obtained from the optical transmittance experiments for the thin films produced with each flow rate parameter. Using absorbance coefficients, the optical band gap energies of the produced thin films at the flow rates of 2, 3 and 4 cm3/minute were calculated to be 1.41 eV, 1.48 eV and 1.42 eV, respectively. The results obtained were also compared with the results obtained for thin films produced on similar conditions in the literature. A mathematical curve equation describing how the optical band gaps of the produced thin films depend on the gas flow rate parameter has been established. Using this equation, the production parameters for thin films that are likely to work with high efficiency in some wavelengths and energy values of the electromagnetic waves used in today's infrared communication technology were predicted. At the end of the study, a study proposal was presented to increase the usability of thin films in real life applications.