Geçirgen iletken oksit ince filmlerin büyütülmesi ve karakteristiklerinin optimizasyonu
Growth of transparent conductive oxides thin films and optimization of it's characterization
Yazar: SOHEIL MOBTAKERI
Danışman: DOÇ. DR. EMRE GÜR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
ITO filmler, ITO hedefi (%99,99 saflıkta ve 90:10 ağırlık % In_2 O_3:SnO_2) kullanılarak cam, NiO ve AZO tampon tabakalar üzerinde ve Ag ve Cu ara tabakaları kullanılarak cam üzerine büyütülmüştür. İlk olarak farklı RF güçlerinin ve farklı Ar basınçların ITO filmin optiksel ve elektriksel özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmış ve ITO filmlerin büyütme parametreleri optimize edilmiştir. 20 ve 40 nm kalınlığında NiO tampon tabakalar, Ni hedefi ile saçtırma kabinine O_2 vererek reaktif olarak cam üzerinde büyütülmüştür. Benzer olarak, AZO hedef kullanılarak 40 ve 80 nm'lik AZO tampon tabakaları cam üzerinde büyütülmüştür. Büyütülen NiO ve AZO tampon tabakaları farklı ortam ve sıcaklıklarda tavlanmıştır. Ara tabaka çalışmalarında ise Ag ve Cu ara tabakaları kullanarak ITO/Cu/ITO ve ITO/Ag/ITO filmler büyütülmüştür. Elde edilen optiksel ve iletkenlik ölçümlerinden en iyi ITO film 90W RF gücünde ve 8mTorr Ar basıncında elde edilmiştir. Bu şartlarda farklı kalınlıktaki NiO ve AZO tampon tabakaları üzerinde ITO filmler büyütülmüş ve analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen XRD sonuçlarından NiO tampon tabaka üzerinde büyütülmüş ITO filmlerin kristal yapısında büyük bir değişiklik gözlenmemesine rağmen AZO tampon tabaka üzerinde büyütülmüş ITO filmlerde tercihi düzlem (222)'den (622)'ye değişmiştir. AZO tampon tabaka üzerine büyütülmüş olan ITO filmlerin bazılarında, başarım ölçütü (figure of merit) cam üzerine büyütülmüş olan ITO filmlere kıyasla daha yüksektir. AFM ve SEM ölçümleri sonucunda, NiO ve AZO tampon tabaka üzerinde büyütülmüş ITO filmlerin yüzey yapısının domain yapıdan sivri ve homojen tanecik yapıya dönüştüğü gözlenmiştir. Büyütülmüş ITO/Ag/ITO filmlerde 4,7 Ω/󠄛󠄛'lik bir yüzey direnci elde edilmiştir. Bu çalışmada en iyi ITO film 1,6*〖10〗^(-4)Ωcm özdirence ve görünür bölgede %86,77 geçirgeliğe sahip olan NiO serisinde cam üzerine büyütülmüş flmlerde elde edilmiştir.

Abstract:
ITO thin films were deposited by RF magnetron sputtering using ITO target with purity of %99.99 and formed with weight percentages of In2O3:SnO2 90:10 on glass, NiO and AZO buffer layers and ITO thin films with interlayer of thin Cu and Ag were deposited on glass substrates. Firstly, the effect of different RF powers and argon ambient pressures on electrical and optical properties of ITO films were studied and ITO growth parameters were optimized. 20 and 40 nm thick NiO films were sputtered reactively from Ni metal target in O_2 ambient on glass substrates. Similarly, AZO target was used for deposition of 40 and 80 nm thick AZO buffer thin films on glass substrates. The as-grown NiO and AZO buffer layers, then annealed at different temperatures and ambient. For metal interlayer studies Ag and Cu metals were used as an electron source for ITO films to form ITO/Ag/ITO and ITO/Cu/ITO structures. From the obtained optical and conductivity measurements, the larger value of figure of merit has been obtained for ITO films deposited at RF power of 90W and argon pressure of 8mTorr. With these growth parameters, ITO films were deposited on NiO and AZO buffer layers and characterized through structural, optical and electrical techniques. For ITO films deposited on NiO buffer layers, no significant change has been onserved in ITO orientation observed from XRD patterns. However, ITO films deposited on AZO buffer layers, a significant change in preferred orientation from (222) to (622) has been realized. For ITO films deposited on AZO, in some case there were increase in figure of merit values compared to that of deposited on glass. From the AFM and SEM images, conversion of the surface morphology from domains to sharp and grainy structures has been observed on the films grown on NiO and AZO buffer layers. A sheet resistance of 4.7 Ω/󠄛󠄛 was obtained in the ITO/Ag/ITO structure. In this study the best ITO film was obtained from NiO series which deposited on glass substrate with low resistivity of 1.6*〖10〗^(-4) Ω.cm and optical transmittance of 86.77% in visible region.