ZnSe ince filmlerin karakterizasyon ve fabrikasyonu
Characterization and fabrication of ZnSe thin films
Yazar: ESRA BALCI
Danışman: PROF. DR. SEMRAN SAĞLAM
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Püskürtme sistemleri = Spraying systems ; Schottky diyodları = Schottky diodes ; Çinko = Zinc ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Yapılan bu çalışmada, yaklaşık olarak  100 nm, 300 nm ve 600 nm olmak üzere üç farklı kalınlıkta, RF magnetron püskürtme tekniği ile i-Si ve cam alttaşlar üzerine ZnSe ince filmler büyütüldü. Diyot fabrikasyonuna en uygun kalınlığın kalibrasyonu için  yapısal, morfolojik ve optik karakterizasyonlar yapılarak, film kalınlığının etkisi incelendi. Farklı film kalınlıklarının, yapısal, morfolojik ve optik özelliklerine etkisi  sırasıyla XRD, XPS, AFM ve UV-Vis cihazları aracılığıyla araştırıldı. XRD ölçüm verileri doğrultusunda, örgü sabiti, tanecik boyutu ve gerinim (strain) gibi mikroyapısal parametreler hesaplanıp, film kalınlığının kaplanan filmler üzerine etkisi tartışıldı. Film kalınlığı arttıkça, ZnSe ince filmlerin tanecik boyutunda artış görülürken, gerinim değerlerinin azaldığı belirlendi. AFM ölçüm sonucunda elde edilen görüntüler, artan film kalınlığıyla birlikte,  daha pürüzsüz ve homojen dağılmış bir film yüzeyinin elde edildiğini göstermektedir.. UV-Vis ölçümleri sonucunda, ZnSe ince filmlerin film kalınlığının artmasıyla enerji bant aralığının arttığı gözlemlendi. Yapılan karakterizasyonlar sonucunda, yüksek kristal kalitesine ve yüksek enerji bant aralıklı 600 nm kalınlığına sahip ince film üzerine üretilen metal kontaklar ile Schottky diyot fabrikasyon çalışmaları yapıldı. Au, Ag ve Al olmak üzere üç farklı metal kontak kullanılarak, farklı metallerin elektriksel parametreler üzerindeki etkisini araştırmak amacıyla yapılan Schottky diyotların elektriksel analizleri I-V ölçüm sistemiyle yapıldı. Elektriksel parametreler (seri direnç ve engel yüksekliği gibi) Termoiyonik Emisyon Teorisi, Cheung ve Norde fonksiyonları  olmak üzere üç farklı metot kullanılarak hesaplandı ve karşılaştırıldı. Au/ZnSe/Si aygıt yapısına sahip Schottky diyotun diğer metal kontaklara göre daha iyi elektriksel parametrelere sahip olduğu görüldü. Uygun film kalınlığı ve metal kontak seçimiyle ince film uygulayım bilimine dayalı optoelektronik cihazların geliştirilmesinde literatüre önemli bir değer katacağı önerilmektedir.

Abstract:
In this study, ZnSe thin films were grown on i-Si and glass substrates with RF magnetron sputtering technique in three different thicknesses of about 100 nm, 300 nm and 600 nm. Structural, morphological and optical characterizations were performed to calibrate the most suitable thickness for diode fabrication, and the effect of film thickness was examined. The effects of different film thicknesses on the structural, morphological and optical properties were investigated using XRD, XPS, AFM and UV-Vis devices, respectively. In according to the XRD measurement data, microstructural parameters like strain, particle size, and lattice constant were calculated and the effect of film thickness on the coated films was discussed. It was found that while the film thickness and the particle size of ZnSe thin films increased, the strain values decreased. The images obtained as a result of the AFM measurement show that a smoother and homogeneously dispersed film surface is obtained with increment of film thickness. As a result of UV-Vis measurements, it was observed that the energy band gap of ZnSe thin films increased with the increment of film thickness. As a result of the characterizations, studies we conducted to fabricate Schottky diodes with metal contacts developed on a 600 nm thick film with high crystal quality and high energy band gap. The electrical analyzes of Schottky diodes, which were made to investigate the effect of different metals on electrical parameters were made with I-V measurement system performing with three different metal contacts, Au, Ag and Al. Electrical parameters like series resistance and barrier height were calculated and compared using three different methods: Thermoionic Emission Theory, Cheung and Norde functions. Schottky diodes with an Au/ZnSe/Si device structure were found to have better electrical parameters than other metal contacts. It is suggested that the appropriate film thickness and metal contact selection would add significant value to the literature in the advancement of optoelectronic devices based on thin film technology.