Ftalosyanin ince filmlerin elektriksel ve optik özelliklerinin incelenmesi
The investigation of the electrical and optical properties of phthalocyanines thin films
Yazar: YASEMİN AKTAŞ
Danışman: Y.DOÇ.DR. AHMET ALTINDAL ; Y.DOÇ.DR. FATİH DUMLUDAĞ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
ÖZETFTALOSYAN N NCE F LMLER N ELEKTR KSEL VE OPT KÖZELL KLER N N NCELENMESBu çalışmada altlık sıcaklığı, film hazırlama yöntemi gibi parametrelerin, ilk defasentezlenen trinucleer Bakır, Cobalt ve Çinko ftalosyanin ince filmlerin dciletkenlikleri, empedans spektrumları ve optik özellikleri üzerindeki etkisininbelirlenmesi hedeflenmiştir. Üç farklı metalli ftalosyaninin ince filmleri 298 K ile393 K arasındaki 4 farklı altlık sıcaklığında damlatma ve püskürtme olmak üzere ikifarklı yöntemle hazırlanmış ve hazırlanan filmlerin elektriksel karakterizasyonları290 K-420 K sıcaklık aralığında gerçekleştirilmiştir. Filmlerin dc elektrikselözellikleri Â± 1 Volt aralığında akım-gerilim (I-V) karakteristikleri ölçülmek suretiylegerçekleştirilmiştir. Her iki yöntemle hazırlanan filmlerin ac karakteristikleri ise 40Hz.-100 kHz. frekans ve 290 K-420 K sıcaklık aralığında iletkenlik, empedans,empedansın sanal ve gerçel kısımları ile kapasite ölçümleri yapılmak suretiylebelirlenmiştir. Optik özellikleri is bir UV-vis spektrofotometre kullanmak koşuluylaoda koşullarında 300-1100 nm dalga boyu aralığında foto iletkenlik özelliklerininölçülmesi suretiyle belirlenmiştir.Yapılan ölçümler sonucunda, her iki yöntemle hazırlanan filmlerin düşüksıcaklıklardaki I-V karakteristiklerinde histerezis etkisi gözlenirken yükseksıcaklıklarda bu etkinin ortadan kalktığı görülmüştür. Her bir ftalosyanin içinhisterezis etkinin altlık sıcaklığına bağlı olarak, altlık sıcaklığı arttıkça histerezisetkinin azaldığı görülmüştür. Damlatma yöntemiyle hazırlanan CuPc, CoPc ve ZnPcfilmlerde özellikle düşük sıcaklıklardaki dc iletkenliklerin ftalosyanin molekülününmerkezinde bulunan metalin cinsine bağlı olmadığı bulunmuştur. Damlatmayöntemiyle hazırlanan filmlerin yüksek sıcaklıklardaki dc iletkenliklerinin ise ÏZnPc > ÏCoPc >ÏCuPc şeklinde sıralandığı gözlemlenmiştir. Püskürtme yöntemiyle hazırlanan filmlerin düşüksıcaklıklardaki dc iletkenliklerinin karşılaştırılmasında ise CuPc ve CoPc'in iletkenlikleribirbirine çok yakın iken ZnPc filmin iletkenliğinin yaklaşık 10 kat daha büyük olduğugörülmüştür. Bu yöntemle hazırlanan filmlerin yüksek sıcaklıklarda ölçülen iletkenliklerininbüyükten küçüğe doğru ÏZnPc â ÏCoPc > ÏCuPc şeklinde sıralandığı görülmüştür. Her ikiyöntemle dört farklı altlık sıcaklığında hazırlanan filmlerde dc iletkenliğin sıcaklığa üstelolarak bağlı olduğu bulunmuştur. Damlatma yöntemiyle hazırlanan filmlerde aktivasyonenerjisinin artan altlık sıcaklığı ile azaldığı gözlenirken püskürtme yöntemiyle hazırlananfilmlerde aktivasyon enerjisinin altlık sıcaklığı ile anlamlı bir değişim göstermediğigörülmüştür.Frekansa bağlı olarak ölçülen iletkenlik değerlerinin analizinden her iki yöntemlehazırlanan filmlerde iletkenliğin frekansa bağlılığının Ïs şeklinde ifade edilebileceğigörülmüştür. Frekansın üssü olan s parametresi ln Ïac-ln Ï grafiğinin eğimindenhesaplanmış ve s'nin sıcaklığın bir fonksiyonu olduğu, genel olarak da artan sıcaklıkla azalmaeğilimi gösterdiği bulunmuştur. s'nin değerinin altlık sıcaklığına bağlı olarak da değiştiğigörülmüştür. Filmlerin sabit frekanstaki iletkenliklerinin artan sıcaklıkla doğrusal olarakarttığı dolayısıyla, her iki yöntemle hazırlanan filmlerde yük iletim mekanizmasının hoppingmodeliyle açıklanabileceği sonucuna varılmıştır.Film hazırlama yöntemi ve altlık sıcaklığının filmlerin empedans spektrumları(empedansın gerçek kısmının sanal kısmına karşı grafiği) üzerine etkisinin incelenmesisonucunda, altlık sıcaklığının özellikle düşük sıcaklıklardaki empedans spektrumları üzerindedikkate değer bir etkisinin olmadığı görülmüştür. Tüm filmlerin düşük sıcaklıklardakiempedans spektrumları doğruya yaklaşırken artan sıcaklıkla spektrumun da değiştiği veyarıçapı azalan bir yarım daire oluşturma eğiliminde olduğu bulunmuştur. Her iki yöntemlehazırlanan filmlerin ölçülen empedanslarının artan frekansla azaldığı gözlemlenmiştir.Filmlerin 300-1100 nm dalga boyu aralığında foto iletkenlik özelliklerinin incelenmesisonucunda bu dalga boyu aralığındaki elektromanyetik dalgaların filmlerin iletkenlikleriüzerinde bir etkisinin olmadığı görülmüştür.Temmuz, 2006 Yasemin AKTAŞ

Abstract:
ABSTRACTTHE NVEST GATION OF THE ELECTRICAL AND OPTICALPROPERTIES OF PHTHALOCYANINES THIN FILMSIn this study, the effect of the substrate temperature and the film preparation methodson the dc conductivity, impedance spectra and optical properties of a newlysynthesized trinuclear Copper, Cobalt and Zinc phtalocyanines thin films wasinvestigated. Thin films of the metallophthalocyanine compounds have beenprepared by two different methods which are called smearing and airbrush at fourdifferent subtrate temperatures between 298 K and 393 K. The electricalcharacterization of the films were carried out in the temperature range of 290 K -420 K. Dc conduction properties of the films were determined from the measuredcurrent-voltage characteristics. The ac behaviour of the smearing and airbrush filmswere determined by the conductivity, impedance spectra and the capacitymeasurements in the frequency range from 40 Hz.to100 kHz and in temperaturerange of 290 K-420 K. The photoconductivity measurements were also performedon these film in wavelength range 300-1100 nm by using an UV-visspektrophotometer.It was found from the experimental results that I-V characteristics of filmsshowed hysteresis effect at low temperatures. When the temperature increased thehysteresis effect was disappeared. We found that the dc conductivity data aredescribed by termally activated conductivity dependence on temperature. Decreasesin activation energy with the increase of temperature were observed for the smearingfilms. It was found that the central metal atom has no effect on the dc conductivity ofthe smearing films at low temperatures. Among the smearing films investigated, zincphthalocyanine, ZnPc, showed highest electrical conductivity, especially at hightemperatures. The trend observed for the dc conductivity of the air brush films wasÏZnPc â ÏCoPc > ÏCuPc at high temperatures. At low twmpwearures, 10 times higher dcconductivity was observed for the air bruh ZnPc film. It was found that the variationof the measured dc conductivity for the ZnPc, CoPc and CuPc films exhibit adependence exponentially on temperature. The value of thermal energy of electricalconduction calculated from the slopes of the ln Ïd.c vs 1 / T graphs, decreased withthe inreace of substrate temperature.When the conductivity of the compounds is measured by using a.c technique, weobserved that the frequency dependence of the conductivity follow a universal powerlaw, Ïs, for all compounds..The values of the frequency exponent s, estimated fromthe slopes of the ln Ïac-ln Ï curves. The frequency exponents is definitely afunction of temperature for all samples and shows a general tendency to decreasingwith increasing temperature. It was also observed that the exponent s depend on thesubstrate temperature. Linear relationship were obtained between the measured acconductivity and the temperature at constant frequencies for all films investigated.The comparison of the experimentally determined s values and the temperaturedependence of the ac conductivity with the prediction of CBH model suggest that theobtained results are in agreement with the prediction of the CBH model for all films.Our finding indicated that neither substrate temperature nor the film preparationmethod have no considerable effect on the impedance spectra of the films. Lowtemperature impedance spectra of the films consisted of a quassi vertical line. Withfurther increase in temperature, the quassi vertical line transformed into a semicirclarshaped arc.From the photoconductivity measurements, we observed that the irradiationof the films with the electromagnetic radiation (300-1100 nm wavelength range) doesnot effect the film conductivity.Jully, 2006 Yasemin AKTAŞ