Oksijen ve sıcaklığın reaktif magnetik alan sıçratma yöntemiyle büyütülen çinko oksit ince filmlere etkisi
Effect of oxygen and temperature on zinc oxide thin films grown by reactive magnetron sputtering method
Yazar: AYŞEGÜL SEZGİN
Danışman: DOÇ. DR. MÜCAHİT YILMAZ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ VEYSEL ÜNSÜR
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı / Nanobilim ve Nanomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Çinko oksit (ZnO), yarı iletken endüstrisinde gösterdiği saydam iletken oksit (SİO) özelliği ile hızla gelişmekte olan optoelektronik teknolojisinde sıklıkla kullanılan bir malzemedir. Bu tez çalışmasında, reaktif radyo frekans magnetik alan sıçratma yöntemi ile büyütülen ZnO ince filmlerin büyütme esnasında ortamda bulunan oksijen ve alttaş sıcaklığına bağlılığı yapısal ve optik özellikleri açısından değerlendirilmiştir. Yapılan X-ışınları kırınım deseni analizleri sonucunda elde edilen bulgular incelendiğinde bütün filmlerin yüksek yönelime sahip hekzagonal wurtzite yapısında olduğu ve bunun O2 miktarına bağlı olmadığı sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca, Raman spektrumları da wurtzite yapısının varlığını doğrulamaktadır. Aynı zamanda tüm örneklerin yüksek geçirgenliğe sahip olduğu ve film kalınlıklarının sıcaklık artışı ile azaldığı tespit edilmiştir. Alan etkili taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) sonuçları ise filmlerdeki taneciklerin oda sıcaklığında, 100 oC'de ve 200 oC'de çok değişmediği ancak 300 oC sıcaklıkta büyütülen filmlerin homojen olmayan tanecik büyümesi sergilediği tespit edilmiştir. Ancak, bu durum O2 arttıkça azalmaktadır. Bütün filmler için optik bant boşluğu ⁓3.25 eV olarak tespit edilmiştir. Yapılan bu çalışma, optoelektronikte oldukça sık kullanılan ince film çinko oksit yapılarına ilişkin kapsamlı bir optimizasyon sunmuştur.

Abstract:
Zinc oxide (ZnO) is a material that is frequently used in optoelectronic technology, which is rapidly developing with its transparent conductive oxide (TCO) feature in the semiconductor industry. In this thesis, the dependence of ZnO thin films grown by reactive radio frequency magnetic field sputtering to the oxygen and substrate temperature in the environment during growth was evaluated in terms of their structural and optical properties. When the findings obtained as a result of the X-ray diffraction pattern analyzes were examined, it was concluded that all the films were in the hexagonal wurtzite structure with high orientation and this was not dependent on the amount of O2. In addition, Raman spectra confirm the existence of wurtzite structure. At the same time, it was determined that all samples had high permeability and the film thicknesses decreased with the increase in temperature. Field-effect scanning electron microscopy (FE-SEM) and atomic force microscopy (AFM) results showed that the particles in the films did not change much at room temperature, 100 oC and 200 oC, but the films grown at 300 oC showed inhomogeneous particle growth. However, this situation decreases as O2 increases. The optical band gap for all films was determined as ⁓3.25 eV. This study presented a comprehensive optimization of thin-film zinc oxide structures, which are widely used in optoelectronics.