RF saçtırma yöntemi ile GaN ince filmlerinin büyütülmesi yapısal, morfolojik ve optik özelliklerinin incelenmesi
Growth of GaN thin films by RF sputter, investigation of structural, morphological and optical properties
Yazar: ASİM MANTARCI
Danışman: PROF. DR. MUTLU KUNDAKÇİ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı / Nanomalzeme  Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu tez çalışmasında, n-Si, p-Si, safir, cam, ITO alttaşlar üzerine GaN ince filmleri farklı RF gücü, argon gazı ve azot gazı büyüme koşullarında, RF magnetron saçtırma yöntemi kullanılarak büyütülmüştür. Elde edilen GaN ince filmlerinin yapısal, morfolojik ve optik özellikleri deneysel olarak incelenmiştir. Bu ölçümlerden biri olan XRD analizinden, ince filmlerin hegzagonal kristal yapıya sahip olduğu ve malzemenin kristal tanecik boyutu, yönelimleri, örgü sabitleri belirlenmiştir. Atomik kuvvet mikroskopu ölçümlerinin değerlendirilmesinden, ince filmin morfolojik özellikleri ve ortalama yüzey pürüzlülük değerleri elde edilmiştir. SEM resimleri, büyütülen ince filmlerin hemen hemen homojen olduğunu ve tanecikli, periyodik yapıda büyüdüğünü XRD sonuçlarını da destekleyerek göstermiştir. Soğurma ölçümleri analizinden, optoelektronik aygıtlar için çok önemli bir parametre olan optik bant aralığı enerji değerleri hesaplanmıştır. Bunun yanı sıra yüzdelik yansıma ölçümü alınmıştır ve bunların değerlendirilmesinden, ince filmlerin ultraviyole ve görünür bölgedeki yansıma oranları büyütme koşullarına bağlı olarak karşılaştırılmıştır. Raman spektroskopisinden büyütülen ince filmlerin, E(2)(yüksek) ve E(1)(TO) optik fonon modlarına sahip olduğu bulgusuna varılmıştır. Ayrıca, E(2)(yüksek) pikinin Raman kaymasındaki sapma miktarından yararlanarak, aygıt uygulamaları için önemli bir mekanik parametre olan kalıcı gerilim (residual stress) değerleri,  gerilim şekilleri bulunmuştur ve bu gerilimlerin sebepleri açıklanmıştır. Elde edilen veriler literatür ile karşılaştırılmıştır. Sonuçta, büyütme koşullarının değiştirilmesi ve farklı alttaş kullanılması ile malzemenin yapısal, morfolojik ve optik özellikleri üzerine etkileri değerlendirilmiş ve analiz edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, GaN thin films on n-Si, p-Si, sapphire, glass, ITO substrates were grown using RF magnetron sputtering method under different RF power, argon gas and nitrogen gas growth conditions. The structural, optical and morphological properties of the obtained GaN thin films were investigated by experimental measurement techniques. From the XRD analysis, GaN thin films have a hexagonal crystal structure and the crystal grain size, orientations and lattice constants of the material were determined. Thanks to evaluation of AFM measurements, thin films of morphological properties and average surface roughness values were obtained. SEM images proved that materials have almost homogeneous and granular, periodic behavior of structure. Optical band gap energy values of thin films, being a very important parameter for optoelectronic devices, were calculated from UV/Vis absorption measurements. The reflectance ratios of the thin films in the ultraviolet and visible regions were compared according to the growth conditions. It has found that the materials have E(2)  (high) and E(1)(TO) optical phonon modes by Raman measurements. Residual stress in GaN thin films were calculated by analysis of Raman measurements. Also, reasons of this stress in thin films were explained by helping with literature studies. In summary, the effects of different growth conditions and the use of different substrates on the structural, optical and morphological properties of the material have been evaluated and analyzed.