Elektrokimyasal aşındırma yöntemi ile GaAs üzerinde üçboyutlu mikro ve nano yüzey üretimi
3d micro and nano surface manufacturing on GaAs byelectrochemical etching method
Yazar: HASAN YÜNGEVİŞ
Danışman: PROF. DR. SABRİYE AÇIKGÖZ
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Nano yapı = Nano structure ; Nanomateryaller = Nanomaterials ; Nanoteknoloji = Nanotechnology

Özet:
Elektrokimyasal aşındırma yöntemi ile altıgen çubuklar, mikro kristaller, homojen gözenekli yapılar ve mikro yarık yapıları olmak üzere çeşitli üç boyutlu mikro ve nano yüzeyler n ve p tipi GaAs yarı iletkenleri üzerinde başarıyla oluşturulmuştur. Enerji dağılım spektroskopisi ve X-ışını fotoelektron spektrometresi birlikte kullanılarak altıgen çubuk yapılarının ve mikro kristallerin kimyasal bileşimi tespit edilmiştir. Her iki teknikte altıgen çubukların Ga2O3 ve mikro kristallerin ise arsenik oksit türlerinden oluştuğunu teyit etmiştir. Aşındırma parametrelerinin değiştirilmesi ile çubukların, mikrokristallerin, gözenekli ve mikro yarık yapıların boyutu ve oluşma yoğunluğu kontrol edilmiştir. Oluşturulan yapıların ışıma özellikleri fotoluminesans spektrometresi ile incelenmiştir. Ga2O3 çubukların 470 nm' de ve As2O3 kristallerin ise 520nm' de emisyon piki gözlemlenmiştir. Gözenekli yapılar 470 nm ve 680 nm'de olmak üzere çift tepeli bir ışıma yapmıştır. Işıma şiddeti gözenek boyutunun azalması ile artmıştır. Mikro ve nano yapıların taşıyıcı ömrünün belirlenmesi için FLIM analizleri gerçekleştirilmiştir. Taşıyıcı rekombinasyon yaşam ömrünün yüzeyde oluşan yapının boyutundan doğrudan etkilendiği sonucuna varılmıştır. Boyut azaldıkça, yüzey rekombinasyonları daha dominant rekombinasyon süreci haline gelerek, rekombinasyon hızını önemli ölçüde arttırmıştır. Ek olarak Ga2O3 yüzeyler perilen boya molekülleri ile bağlanarak konjuge bir sistem oluşturularak bu sistemin verimliliği ölçülmüştür. Agrega perilen molekülleri ile Ga2O3 yarı iletkenleri arasında yüksek verimlilikte bir elektron transferinin gerçekleştiği görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: GaAs, Ga2O3, As2O3, elektrokimyasal aşındırma, gözenekli yapı, yarı iletken, FLIM, nano yapı, mikro yapı, dağlama.
* Bu çalışma 114F451 nolu TÜBİTAK projesi tarafından desteklenmiştir.

Abstract:
Various 3D micro and nano surfaces were successfully formed on n, p-GaAs semiconductors by electrochemical etching. Hexagonal rods, micro crystals, homogenous porous surfaces and micro groove surfaces were formed on the surface of GaAs semiconductors. Energy-dispersive X-ray spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy were used simultaneously for chemical analysis of hexagonal rods and micro crystals. Both techniques were confirmed that hexagonal rods composed of Ga2O3 and micro crystals composed of arsenic oxide species. Size and formation density control of rods, micro crystals, pores and micro grooves were achieved by changing etching parameters. The emission properties of the formed structures were investigated by photoluminescence spectrometry. Strong emission peak was observed at about 470 nm in Ga2O3 formed samples and at 520 nm in arsenic oxide formed samples. Two emission peaks were observed in porous GaAs samples at about 470 nm and 680 nm. Emission intensity was increased by decreasing pore size. FLIM analyses were performed to gain information about carrier life time for each micro/nano structures. It has been concluded that the carrier recombination life time was strongly affected by the size of the structures formed on the surface. As the size decreases, surface recombination becomes dominant, increasing the recombination rate significantly. In addition, a quantitative analysis of a conjugate system prepared by functionalizing hexagonal Ga2O3 prisms with perylene organic dye molecules was reported. Highly efficient electron transfer process was observed between aggregated perylene molecules and Ga2O3 due to excimer trap states.

Keywords: GaAs, Ga2O3, As2O3, electrochemical etching, porous structure, semiconductor, FLIM, nanostructure, microstructure.
* This work is supported by TÜBİTAK under grant number 114F451.