Termal Buharlaştırma Yöntemiyle Üretilen ZnO İnce Filmlerin Karakterizasyonu
Characterization of ZnO Thin Films Produced by Thermal Evaporation Method
Yazar: ŞAHİN KINAL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN UTLU
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Yarıiletken malzemeler son yıllarda  elektronik, optoelektronik ve sensör gibi uygulamalar için önemli hale gelmiştir. ZnO, geniş bir bant aralığına  (3.37 eV) ve yüksek eksiton bağlanma (60 meV) enerjisine sahiptir. ZnO ucuz, toksik olmayan, doğada bol miktarda bulunan ve ışığı geçirebilen bir yarıiletkendir. ZnO' un bu avantajları ince film transistörlerde, LED aygıtlarında ve fotodetektörler gibi uygulama alanlarındaki araştırmalar için onu önemli hale getirmektedir.

    Bu tez çalışmasının amacı, termal buharlaştırma yöntemi ile farklı kalınlık tavlama sıcaklığı ve taşıyıcılar kullanarak ZnO ince film üretilmesi ve bu filmlerin yapısal, optiksel, elektriksel özelliklerinin derinlemesine incelenmesidir. Bu tez çalışmasında örneklerin SEM, XRD, AFM, UV görünür bölge spektroskopisi ve elektriksel analizleri yapılmıştır.  Film karakterizasyon aşaması ve büyüme koşulları arasında bir geri bildirim kullanarak, ZnO filmlerinin özelliklerinin farklı uygulamalar için kolayca değiştirilebilmesini sağlamaktadır.

    Bu çalışmanın sonucunda 300 ˚C ve 400˚C' de 2 saat boyunca tavlanmış olan 150 nm kalınlıktaki cam taşıyıcı üzerinde biriktirilen ZnO ve Si taşıyıcı (ZnO/Si) üzerinde biriktirilen 300˚C ve 400˚C' de 2 saat boyunca tavlanmış olan 300 nm kalınlıktaki örneklerde en iyi fiziksel özelliklere sahip ZnO fazları elde edilmiştir. Ayrıca her iki alt taşıyıcı(cam ve Si) üzerinde biriktirilen ZnO ince filmlerde gözlenmiş olan nanoçubuk ve nanotel şeklindeki yapılar optoelektronik ve sensör uygulamaları için ideal özelliktedir.

Abstract:
In recent years semiconductor materials have become important for electronic, optoelectronic and sensor applications. ZnO has a band gap energy of  3.37 eV and a larger excition binding energy(60 meV). ZnO is cheap, non-toxic, abundant in nature, and light-emitting semiconductor. Due to these advantages of ZnO, making it important for research in application areas such as thin film transistörs, LED devices and photodedector.

    The purpose of this thesis is to growth of ZnO thin films using thermal evaporation method at different thickness, annealing temperature and substrate and to investigate the structural, optical and electrical properties of these films in depth. In this study SEM, XRD, AFM, and electrical analyisis were performed. By establishing a feedback loop between the film characterization and the growth conditions, the properties of ZnO films can be easily adopted to different applications.

    As a result of this study, in the 150 nm thick samples annealed at 300˚C and 400˚C for 2 hours, ZnO deposited on the glass substrate and deposited on the Si substrate (ZnO / Si) at 300 nm thickness annealed at 300˚C and 400˚C for 2 hours, ZnO phases with good physical properties were obtained. In addition, nanorod and nanowire structures observed in ZnO thin films deposited on both substrates(glass and Si) are preferred for optoelectronic and sensor applications.