Tantal oksit filmlerin yapısal, elektriksel ve optik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of structural, electrical and optical properties of tantalum oxide films
Yazar: ESİN TATLI YEŞİLTEPE
Danışman: DOÇ. DR. AHMET ALTINDAL ; YRD. DOÇ. DR. FATİH DUMLUDAĞ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elektriksel özellikler = Electrical properties ; Optik özellikler = Optical properties ; Sol-jel yöntemi = Sol-gel method ; Tantal = Tantalum ; Yapısal özellikler = Structural properties ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Metal oksit malzemeler, optik, elektrik, manyetik vb. özelliklerinden dolayı son yıllarda ilgi çekmektedirler. Tantal oksit ince filmler, birçok uygulamaya sahip olan metal oksit yarı iletken malzemeler arasında yer almaktadır.Bu tez çalışmasında, tavlama sıcaklığının ve katkı oranının tantal pentoksit ince filmlerin yapısal, elektriksel ve optik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Filmler, sol-gel daldırma metoduyla kaplanmıştır. Tavlama sıcaklığının katkısız filmlerin fiziksel özelliklerine etkilerini incelemek için, filmler 573, 623, 673, 723, 773 K sıcaklıklarında tavlanmıştır. Katkı oranının etkilerini incelemek için, titanyum (%3, %5, %10, %15) ve kalay (%1, %3, %5, %10, %15) kullanılmıştır. Yapısal analiz X-ışını kırınımı ve elementel analiz Enerji-dağılım X-ışını spektroskopisi teknikleriyle yapılmıştır. Filmlerin doğru akım ve alternatif akım iletkenliği (40?105 Hz) 295?523 K sıcaklık aralığında vakumda ölçülmüştür. Optik özellikler, filmlerin soğurması ve geçirgenliğinin dalga boyuna bağlı (250?800 nm) olarak ölçülmesiyle belirlenmiştir. Filmlerin optik bant aralığı, kırma indisi ve kalınlığı hesaplanmıştır.Yapısal analizler filmlerin amorf yapıda olduğunu göstermiştir. Doğru akım iletkenlik ölçümleri, katkısız ve katkılı filmlerin yarıiletken özellikte olduğunu göstermiştir. Aktivasyon enerjilerinin katkısız, titanyum ve kalay katkılı filmler için sırasıyla 1.06?0.81 eV, 1.06?0.79 eV, 1.06?0.89 eV aralığında değiştiği bulunmuştur. Ac ölçümlerden, yük iletim mekanizmasının hoplama modeliyle açıklanabileceği görülmüştür. Optik ölçümlerden, optik bant aralıklarının katkısız, titanyum ve kalay katkılı filmler için sırasıyla, 1.71?3.47 eV, 2.92?3.98 eV, 2.04?3.76 eV aralığında değiştiği bulunmuştur. Katkısız filmlerin kırma indisinin, tavlama sıcaklığı ile arttığı, katkılı filmlerde, katkı oranına ve dalga boyuna bağlı olarak değiştiği belirlenmiştir. Filmlerin kalınlıklarının katkısız filmlerde, tavlama sıcaklığıyla, titanyum katkılı filmlerde katkı oranıyla ters orantılı, kalay katkılı filmlerde, katkı oranı artarken azalma eğiliminde olduğu görülmüştür.

Abstract:
In recent years, metal oxide materials are attracted attention due to their optic, electrical and magnetic properties. Tantalum oxide thin films take places among metal oxide semiconductor materials having lots of applications.In this thesis, effects of annealing temperature and doping concentration on structural, electrical and optical properties of tantalum oxide films were investigated. Films were deposited using sol-gel dipping method. In order to investigate effects of annealing temperature on physical properties of undoped films, the films were annealed at the temperatures of 573, 623, 673, 723, 773 K. In order to investigate doping concentration on physical properties of the films, titanium (3%, 5%, 10%, 15%) and tin (1%, 3%, 5%, 10%, 15%) were used. Structural and elemental analyses were done by using X-ray diffraction and Energy-dispersive X-ray spectroscopy technique, respectively. Direct and alternating current conductivities were measured in the temperature range of 295-523 K, in vacuum. Optical properties were determined by absorbance and transmittance of the films depending on wavelength. Optic band gap, refractive index and thickness of the films were calculated.Structural analysis revealed that the films were amorphous. Undoped and doped films showed semiconductor behavior. Activation energies of the undoped films, doped with titanium films and doped with tin films took places 1.06?0.81 eV, 1.06?0.79 eV, 1.06?0.89 eV, respectively. From alternating current measurements, charge transport mechanism can be explained by hopping model. Optic band gaps for the films of undoped and doped with titanium and tin were found in the range of 1.71?3.47 eV, 2.92?3.98 eV, 2.04?3.76 eV, respectively. Refractive index of the undoped films increased with increasing final annealing temperature. The index varied depending on doping concentration and wavelength. Thickness of the films of undoped and doped with titanium were found as inversely proportional to final annealing temperature and doping concentration, respectively. The variation was tending to decrease with doping concentration for the films doped with tin.