Sol-jel yöntemiyle elde edilen bor katkılı ZnO ince filmlerin yapısal, optiksel ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi
The investigation of structural, optical and electrical properties of bor doped ZnO thin films deposited by sol-gel method
Yazar: GÖKNİL BABÜR
Danışman: DOÇ. DR. UĞUR KÖLEMEN ; PROF. DR. GÜVEN ÇANKAYA
Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: İnce filmler = Thin films

Özet:
II ?VI gurubu bileşik yarıiletkenlerinden biri olan ZnO; yüksek geçirgenliği, doğada bol bulunması gibi nedenlerle teknolojik öneme sahiptir. Bu malzemeye uygun katkılamalar yaparak yapısal, optiksel ve elektriksel özellikleri iyileştirilebilmektedir. Yüksek elektriksel iletkenliğe sahip olması diğer şeffaf iletken oksit malzemelere alternatiftir. Bu özelliğinden dolayı son yıllarda tercih edilen bir malzemedir. Katkılı ve katkısız ZnO ince filmler farklı yöntemlerle hazırlanmaktadır. Bunların arasında sol-jel metodu basit bir metot olması, geniş yüzeylere uygulanabilmesi, kullanılan alet ve makinelerin karmaşık olmaması, homojen bir yapı oluşturması gibi birçok avantajıyla tercih edilir. Çalışmamızda ince film üretim yöntemlerinden biri olan sol-jel döndürerek kaplama (spin coating) tekniği kullanılarak katkısız ve %0,2-%0,4-%0,6-%0,8-%1 B katkılı ZnO ince filmler elde edilmiştir. Katkısız ve B katkılı ZnO çözeltileri hazırlanmış ve bu çözeltiler daha sonra önceden temizlenen cam altlıklar üzerine tüm yüzeye damlatılıp kaplama işlemine başlanmıştır. Çözeltiler hazırlanırken ZnO kaynağı olarak çinko asetat dehidrat (Zn(CH3COO)2.2H2O) tuzu, B kaynağı olarak da trimethyl borate (TMB) B(OCH3)3 kullanılmıştır. Her bir film için 300 °C, 400 °C ve 500 °C gibi farklı ara tavlama sıcaklıkları uygulanmıştır. Elde edilen çinko oksit ince filmlerinin yapısal, optiksel ve elektriksel özellikleri katkı konsantrasyonu ve tavlama sıcaklığına bağlı değişimi incelenmiştir. Bu çalışmada, farklı solüsyon konsantrasyonları ve tavlama sıcaklıkları için bor difüzyonunun etkisi de analiz edilmiştir. Filmlerin yüzey morfolojisi AFM cihazı ile ölçülmüş olup RMS pürüzlülük değerlerine bakılmıştır. Kristal yapısı da XRD cihazı ile analiz edilmiştir. Optik parametreler bir UV-VIS spektrometresi ile belirlenmiş olup yasak bant aralıkları, film kalınlıkları, sönüm katsayıları, dielektrik sabitleri, spektral dağılımı tespit edilmiştir. Elektriksel ölçümler dört-nokta tekniği ile gerçekleştirilmiş olup, özdirenç değerleri tespit edilmiştir.

Abstract:
ZnO, one of the II-VI compound semiconductors, has a significant technological importance due to its abundance in nature and high transparency. Its structural, optical and electrical properties can be improved by using appropriate doping materials. It is an alternative material to other transparent materials since it has a high electrical conductivity, a feature that makes it preffered for many applications. Doped and undoped ZnO films are prepared with various methods. Among these methods sol-gel method is preffered for some advantages such as being simple method, ability to be applied to wide surfaces, noncomplex instruments and machines used and forming homogeneous structures of materials. In this study, undoped and B-doped with the ratios of %0,2-%0,4-%0,6-%0,8-%1 to ZnO thin films were prodced by using spin coating method which is one of the sol-gel thin film deposition techniques. Undoped and B-doped ZnO solutions were prepared and then, spin coating procedure were started by applying solution drops on the entire surface of flat glass substrates that are cleaned as chemically before coating. The solutions were prepared by using precursor zinc asetat dehydrate salt (Zn(CH3COO)2.2H2O) as ZnO source and trimethyl borete (TMB) B(OCH3)3 as B source. For each film, different annealing temperatures such as 300 ? C, 400°C and 500°C were applied. In this study, the structural, optical and electrical feratures of produced ZnO thin films were investigated in relation to doped concentrations and annealing temperatures. In additon, the effects of B diffusion for various doped concentrations and annealing temperatures were analyzed. The surface morphology of the films analyzed with AFM (Atomic Force Microscopy) was examined in order to determine RMS (Root Mean Square) smoothness values. Structural properties were analyzed by a XRD device. Optical parameters such as forbidden band gaps, film thicknesses, extinction coefficients, dielectric constant and spectral distribution were determined by UV-VIS spectrometry. On the other side, electirical resistivities were measured by using four-probe technique.