Katkılı galyum nitratlı bileşiklerin üretilmesi ve bazı fiziksel özelliklerinin incelenmesi
The doped gallium nitride compounds deposition and investigation of some physical properties
Yazar: SONER ÖZEN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ŞADAN KORKMAZ
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Genel Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elektriksel özellikler = Electrical properties ; Galyum nitrür = Gallium nitride ; Optik özellikler = Optical properties

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı, termiyonik vakum ark yöntemi ile iki farklı alttaş üzerine katkılı ve katkısız GaN ince filmler üretmek ve karakterizasyonlarını yaparak cihaz tasarımlarının temelini oluşturmaktır. Alttaş malzeme olarak yalıtkan ve şeffaf materyaller olan cam ve polietilen tereftalat (PET) kullanılmıştır. İnce film üretimleri her alttaş için tek katman olarak 9 ayrı deney ve toplamda 18 ayrı numune olarak gerçekleştirilmiştir. Deney parametreleri deney süresi hariç tüm üretimler için sabit tutulmuştur. Deney sürelerini anot potasındaki malzemenin tükenme zamanı belirlemiştir. Üretilen katkısız ve katkılı GaN ince filmlerin yapısal, optiksel, yüzeysel ve elektriksel özellikleri uygun ölçüm teknikleri ile belirlenmiştir. İnce film tabakaların kalınlıkları Filmetrics F20 cihazı tarafından 30-65 nm arasında ölçülmüştür. XRD ölçümleri sonucunda üretilen ince filmlerin 15 nm ve 90 nm arasında değişen kristal boyutlarına sahip oldukları tespit edilmiştir. Tauc yöntemi kullanılarak optiksel yasak enerji aralıkları belirlenmiştir ve doğrudan band geçişli oldukları görülmüştür. Üretilen ince filmlerin yasak enerji aralıkları en düşük InGaN için 1,64 eV ile en yüksek AlGaN için 3,88 eV arasında değişmektedir. Atomik kuvvet mikroskobu ve alan emisyonlu elektron mikroskobu aracılığıyla yüzey özellikleri incelendiğinde PET alttaşlar üzerine üretimlerin daha pürüzsüz ve simetrik yapıda oldukları tespit edilmiştir. Hall etkisi ölçüm sistemi tarafından BGaN, AlGaN ve Si katkılı GaN ince filmler p-tipi yarıiletken olarak belirlenirken diğer tüm numuneler n-tipi yarıiletken özellik göstermiştir. Aynı deneyin ürünü olan cam ve PET alttaşlar üzerine biriktirilen ince filmler yakın denilemeyecek kadar farklı özdirenç gösterdiği durumda; özdirenci yüksek olan filmin taşıyıcı yoğunluğu ve hareketliliği azalmaktadır. Tam tersi olarak özdirencin azalış gösterdiği durumda ise taşıyıcı yoğunluğu ve hareketliliğinin artış gösterdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
The aim of this thesis, it is to produce undoped and doped GaN thin films on two different substrates by using thermionic vacuum arc method and to form the basis for device designs by making characterizations. As a substrate, the glass and the polyethylene terephthalate (PET) which insulator and transparent materials were chosen. For fabrication of thin films, the only single layer was employed for each substrate, then 9 experiments for each substrate and totally 18 separate samples carried out. All experimental parameters keep constant for all fabricated films except experiment time. The materials depletion in the anode crucible has been specified the duration of the experiment. The structural, optical, morphological and electrical properties of the doped and un – doped GaN thin films have been determined by suitable measurement techniques., The thickness values of the thin film layers were measured between 30–65 nm by using the Filmetrics F20 device. The crystallite size values of the produced thin films were defined between 15 – 90 nm through XRD measurement results. The optical band gap values of the films were estimated using Tauc method and direct band transition in the samples has been observed. In the prepared thin films, the calculated band gap values were changed between 1.64 eV to 3.88 eV which possesses to In–doped GaN and AlGaN thin films, respectively. According to atomic force microscope and field emission scanning electron microscope results, for surface properties, the low roughness and symmetric structure were detected for thin films deposited on PET substrates. In order to the Hall effect measurement system, the BGaN, AlGaN, and Si–doped GaN thin films were determined as p–type, but all other samples were specified as n–type semiconductors. In the case where the thin films deposited on the glass and PET substrates which the product of the same experiment exhibit a resistivity that is not so close to each other, the carrier density and mobility of the high resistivity thin film  was decreased.  But, the carrier density and mobility increased when the resistivity decreased.