ZnO ince film yapılarının darbeli lazer biriktirme yöntemi ile lazer darbe sayısına ve tavlama sıcaklığına bağlı olarak üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of ZnO thin film structures by pulsed laser deposition method based on laser pulse number and annealing temperature
Yazar: SÜMEYYE KILIÇ
Danışman: DOÇ. DR. ADNAN BERBER
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Nano yapı = Nano structure ; Tavlama = Annealing ; Yarı iletkenler = Semiconductors ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Bu yüksek lisans tez çalışmasında, darbeli lazer biriktirme tekniği kullanılarak iki set deney yapılmıştır.  İlk sette darbe sayısına bağlı olarak oda sıcaklığında dört adet ince film soda-lime camlar üzerine üretilmiştir. İnce filmler oda sıcaklığında üretilmesine ve herhangi bir ısıl işleme tabi tutulmamasına rağmen tamamı polikristal yapı oluşturmuştur. İkinci sette ise, tavlama sıcaklığına bağlı olarak dört adet ince film üretilmiştir.  Sırasıyla 300°C, 350°C ve 400°C'de 15'er dakika ve yine 400°C'de 5 dakika tavlama yapılarak ince filmler soda-lime camlar üzerine üretilmiştir. Üretilen ince filmlerin her biri UV-VIS, XRD, AFM, SEM-EDX ve profilometre analizlerine tabi tutularak optik, kristal, yüzey ve morfolojik özellikleri analiz edilmiştir. ZnO(4) ince filmi UV bölgede en yüksek foton soğurma özelliğine, IR bölgede ise en düşük foton soğurma özelliğine sahip ince filmdir. Tauc denklemi ile elde edilen bant değerleri sırasıyla 3.09 eV, 3.19 eV, 3.25 eV ve 3.35 eV olarak hesaplanmıştır.  Morfolojik analizlerde ise taneciklerin darbe sayısının artışıyla büyüdüğü görülmüştür. Tavlamaya bağlı olan çalışmada ise Tauc denklemine göre ölçülen bant aralığı değerleri sırasıyla 3.18 eV, 3.12 eV, 2.85 eV ve 1.5 eV olarak hesaplanmıştır.  Nispeten düşük sıcaklıkta üretilen ZnO(5) ince filmi diğer üçünden farklı bir optik karakter sergilemiş ve bütün dalga boyu aralıklarında en yüksek soğurganlığa sahip olduğu görülmüştür.
Günümüz teknolojisinde düz panel ekranlar, fotovoltaik güneş pilleri, şeffaf elektrotlar, görünür spektrum bölgesinde yüksek elektriksel iletkenlik istenen alanlarda önemli kullanım alanları olan ZnO şeffaf yarıiletken ince filmlerin bu yüksek lisans tez çalışmasında üretilmesi ve karakterizasyonu hedeflenmiştir.  Sonuç olarak, üretilen ince filmlerin lazer darbe sayısına ve tavlama sıcaklığına bağlı olarak optik, kristal, yüzey ve morfolojik özellikleri çeşitli analiz teknikleriyle incelenerek, elde edilen sonuçlar yorumlanmıştır.

Abstract:
In this master thesis, two sets of experiments have been carried out using pulsed laser deposition method. In the first set of experiments, four ZnO(1-4) thin films have been produced at room temperature, depending on the number of laser pulses and thin films were grown on soda-lime glasses.  Although the thin films were coated at room temperature and did not undergo any annealing process, they all have been formed in a polycrystalline structure. In the second set of experiments, these ZnO(1-4) thin films were annealed at different temperatures and thus studied depending on the annealing temperature, at 300°C, 350°C and 400°C, respectively. It was annealed for 15 minutes each and again at 400°C for 5 minutes.  UV-VIS, XRD, AFM, SEM-EDX and profilometer analysis were performed for each of these thin film structures and the optical, crystal, surface and morphological properties of the thin film structures have been analysed and the results have also been given in detail in this thesis. ZnO(4) thin film has the highest photon absorption in the UV region while the lowest photon absorption in the IR region. The band values obtained with the Tauc equation were calculated as 3.09 eV, 3.19 eV, 3.25 eV and 3.35 eV, respectively. In the morphological analysis, it was observed that the particles grew with increasing puls number. In the study based on annealing, the band gap values measured according to the Tauc equation were calculated to be 3.18 eV, 3.12 eV, 2.85 eV and 1.5 eV, respectively. The ZnO(5) thin film produced at relatively low temperature exhibited a different optical character than the other three and was found to have the highest absorbance in all wavelength ranges.
As a result, the optical, crystalline, surface and morphological properties of the thin films produced in this master thesis study, depending on the increament in thickness and annealing temperature. Thin films have been analysed with appropriate methods and the results have been interpreted.