Reaktif RF magnetron kopartma yöntemi kullanılarak hazırlanan WO3 ince filmlerin optik, yapısal ve elektrokromik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of optical, structural and electrochromic properties of WO3 thin films prepared by reactive RF magnetron sputtering method
Yazar: SELEN DEMİREL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÖZLEM DUYAR COŞKUN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu yüksek lisans tez çalışmasında reaktif RF magnetron kopartma yöntemi kullanılarak WO3 ince filmler hazırlanmış ve film büyütme parametrelerinin, filmlerin optik, yapısal ve elektrokromik özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. İnce film özellikleri, toplam basınç, oksijen kısmi basıncı ve alttaş sıcaklığı gibi büyütme parametrelerine bağlıdır. Büyütme parametrelerinin kontrol edilmesi ile WO3 filmlerin optik, yapısal ve elektrokromik özelliklerini değiştirmek mümkündür. Bu çalışmanın ilk kısmında toplam basıncın film özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bunun için oksijen kısmi basıncı sabit tutulmuş ve 5 – 40 mTorr aralığında argon gazı sisteme sızdırılmıştır. Tüm filmlerin optik geçirgenlikleri oldukça yüksektir ve elektrokromik olarak en yüksek renklenme verimliliğine sahip ve en çok renklenen örnek 20 mTorr argon gazı basıncı altında %10 oksijen kısmi basıncı ile büyütülen örnektir. Oksijen kısmi basıncının film özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesi için oksijen kısmi basıncı %5 - %15 aralığında değiştirilerek filmler büyütülmüş ve filmlerin optik geçirgenliğinin artan kısmi oksijen basıncı ile yükseldiği gözlenmiştir. Elektrokromik olarak en yüksek renklenme verimliliği ve optik modülasyona sahip olan örneğin %12.5 oksijen kısmi basıncı ile büyütülen örnek olduğu gözlenmiştir. Alttaş sıcaklığının film özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesi için, argon gazı basıncı 20 mTorr' da, oksijen gazı kısmi basıncı %10 olacak şekilde oda sıcaklığı, 100, 200 ve 300 °C alttaş sıcaklıklarında WO3 ince filmler büyütülmüştür. Alttaş sıcaklığının yükseltilmesi ile elde edilen filmlerin kırma indislerinin büyüdüğü gözlenmiştir. Elektrokromik olarak en yüksek renklenme verimliliğine ve optik modülasyon değerine sahip olan WO3 filmin 300 °C alttaş sıcaklığında büyütülen örnek olduğu gözlenmiştir. Filmlerin SEM görüntüleri incelendiğinde, filmlerin homojen bir yüzey yapısına sahip olduğu, XRD desenleri incelendiğinde ise tüm filmlerin amorf yapıda olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
In this master of thesis study, WO3 thin films were prepared by reactive RF magnetron sputtering method and the effects of the film deposition parameters on the optical, structural and electrochromic properties of the films were investigated. Thin film properties depend on the deposition parameters such as total pressure, oxygen partial pressure and substrate temperature etc. It is possible to change the optical, structural and electrochromic properties of the films by controlling the deposition parameters. The effect of total pressure on the film properties was investigated. For this purpose, the argon gas was introduced in to the chamber in the range of  5 – 40 mTorr while the oxygen partial pressure maintained constant during the deposition process. The optical transmissions of all the films are quite high. The sample prepared at 20 mTorr argon gas with 10% of oxygen partial pressure is the most colored one with the highest coloration efficiency of 17.46 cm2/C. In order to investigate the effects of the oxygen partial pressure on film properties,  the films were prepared with 20 mTorr argon pressure while changing the oxygen partial pressure in the range of 5% - 15% and it is observed that optical transmission of the films are increasing with increasing oxygen partial pressure. The highest coloration efficiency and optical modulation was seen on the sample prepared with 12.5% oxygen partial pressure. In order to investigate the effect of substrate temperature, WO3 thin films with 20 mTorr argon gas pressure and 10% oxygen partial pressure were prepared at 100, 200 and 300 °C substrate temperatures. The refractive indices are increasing with increasing substrate temperature due to their high density of the film. It is seen that the highest coloration efficiency and optical modulation was achieved for the sample prepared at 300 °C substrate temperature. SEM images of the films shows that surface structure of the films are smooth and homogeneous. The XRD pattern reveals that all films have in amorphous structure.