ZnO tabanlı UV dedektör geliştirilmesi ve prototip üretimi
Development and production of ZnO-based UV detector prototype
Yazar: NİHAN AKIN
Danışman: PROF. DR. MEHMET ÇAKMAK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tezde, doğal olmayan yollarla yayılan UV ışınımı tespit edebilme yeteneğine sahip bir dedektör geliştirmek amacı ile, algılayıcı kısmı oluşturması düşünülen ZnO ince filmleri optimize etme çalışmaları püskürtme ve eş-püskürtme yöntemleri kullanılarak yapıldı. İlk olarak, katkısız ZnO ince filmleri esnek şeffaf-asetat üzerine reaktif DC magnetron püskürtme tekniği ile oluşturuldu ve analizleri yapıldı. Çalışmalarda ağırlıklı olarak RF Magnetron Püskürtme Sistemi kullanıldı. Bu teknikle % 2 oranında Al konsantrasyonuna sahip ZnO:Al ince filmler farklı büyütme şartlarında n-Si, korning cam, PET ve ITO kaplı PET alttaşlar üzerine kaplandı. Elde edilen ZnO:Al ince filmlerin yapısal, optiksel, elektriksel ve morfolojik özellikleri araştırıldı. Ayrıca, x = 0.45 ve 0.40 Mg  kompozisyon oranlarına sahip MgxZn1-xO ince filmler esnek ITO/PET, katı n-Si ve korning cam alttaşlar üzerine kaplandı. Farklı komposizyon oranlarına sahip bu filmlerin de karakterizasyonları yapıldı. Tez kapsamında püskürtme yöntemi ile yapılan bu yoğun çalışmaların yanı sıra eş-püskürtme yöntemi ile ZnO ve MgO olmak üzere farklı iki hedef eş zamanlı kullanılarak MgxZn1-xO ince film kaplamaları da başarıldı. Kristal kalitesi yüksek, iyi optiksel, elektriksel özelliklere sahip ve düzgün morfolojide olan ZnO:Al ve MgxZn1-xO ince filmler interdijital elektrotlar üzerine kaplanarak UV dedektör prototipleri tasarlandı. Tez çalışmasının son aşaması olarak, en iyi nitelikli UV dedektörlerin karanlık akım, foto-duyarlılık ve kuantum verimliliği gibi önemli dedektör parametreleri tartışıldı. Araştırmalar sonucunda, özellikle esnek alttaşlar üzerine ince filmlerin üretimi, aygıt üretim süreçlerinin optimizasyonu ve tasarım başarısı bu teknolojide ülkemiz için öncü niteliktedir. Ayrıca, optimizasyon neticesinde seçilerek geliştirilen ZnO:Al tabanlı ve MgxZn1-xO tabanlı UV dedektör prototiplerinin UV ışığa tutulması ile duyarlılık testlerini geçmesi elde edilen bir diğer önemli başarıdır.

Abstract:
Optimizing researches on the ZnO thin films which is sensor part of the detector was performed by using sputtering and co-sputtering systems with the aim of developing a detector has the ability to detect UV radiation emitted by an unnatural way. First, undoped ZnO thin films were deposited on flexible transparent acetate substrates with DC reactive magnetron sputtering technique and their properties were investigated. RF Magnetron Sputtering System was mainly used in the studies. ZnO:Al thin films which have %2 Al concentration was deposited on the n-Si, korning glass, PET and ITO-coated PET substrates with different deposition conditions using this technique. Structural, optical, electrical and morphological properties of the obtained films were investigated. Furthermore, MgxZn1-xO thin films which have x = 0.45 ve 0.40 Mg omposition were deposited on the flexible ITO/PET and solid n-Si and korning glass substrates and their properties were also investigated. In addition, deposition of MgxZn1-xO thin films was achieved using two different targets (ZnO and MgO) simultaneously in the co-sputtering system with the idea of a cheap and domestic technology. Then, ZnO:Al and MgxZn1-xO thin films which have good physical properties were deposited on interdigital electrodes and designed UV detector with high efficieny. In the last part of the thesis, important detector parameters such as dark current, photo-sensitivity and quantum efficiency of the obtained UV detector were discussed. As a result of the research, deposition of thin films on flexible substrates, optimization of production processes and achievement of device design is great works for our country in this technology. In addition, Zn:Al and MgxZn1-xO based UV detector prototypes are sensitive to UV light and this is an another important achievement of this thesis.