RF püskürtme yöntemi ile üretilen Ti katkılı ZnO nano malzemenin karakterizasyonu
Characterization of Ti-doped ZnO nanomaterial produced by RF sputtering method
Yazar: CHOUSEIN BAIRAM
Danışman: DOÇ. DR. BARIŞ KINACI
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Genel Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında kapsamında, titanyum katkılı çinko oksit (TZO) nano malzeme yapısı radyo frekansı (RF) püskürtme sistemi ile hem corning cam (CG) hem de n-tipi Si alttaşlar üzerine biriktirildi. TZO nano malzemenin yapısal, morfolojik, optik ve elektriksel karakterizasyonu incelendi. CG üzerinde biriktirilmiş olan TZO nano malzemenin iyi kristallik, iyi yüzey homojenliği, düşük yüzey pürüzlülüğü ve uygun bir bant aralığına sahip olduğu X-Işını kırınımı (X-Ray
Diffractometer, XRD), atomik kütle mikroskobu (Atomic Force Microscopy, AFM) ve morötesi görünür bölge spektrometre (UV-Vis Spectrophotometer, UV-Vis) ölçümlerinden belirlenmiştir. Elektriksel karakterizasyon için n-Si alttaş üzerine biriktirilen TZO nano malzemesinin fabrikasyonu yapılmıştır. Au/TZO/n-Si yapısının akım – gerilim (𝐼 − 𝑉) karakterizasyonu 80 K ve 300 K'de yapılmıştır. Burada yapının seri direncini (𝑅𝑠) belirlemek için, Termiyonik Emisyon Teorisi ve Cheung-Cheung metodu kullanılmıştır. Elde edilen sonuçların birbirleri ile uyumlu olduğu görülmüştür. Buna ek olarak, Au/TZO/n-Si yapısının 0.3, 0.5 ve 1 MHz frekans değerleri için kapasitans-gerilim (𝐶– 𝑉) ve kondüktans-gerilim (𝐺/𝜔– 𝑉) karakterizasyonu yapılmıştır. 𝐶– 𝑉 ve 𝐺/𝜔– 𝑉 eğrilerinden 𝑅𝑠 değeri belirlenmiştir. Artan frekans değerine bağlı olarak 𝑅𝑠 değerinin azaldığı görülmüştür. Ayrıca, 𝐶−^2 − 𝑉 𝑉eğrisinden, sıfır ön gerilimdeki difüzyon potansiyeli 𝑉𝐷 , Fermi enerjisi 𝐸𝐹 , uzay yükü katmanı genişliği 𝑊𝐷 ve 𝐶 − 𝑉 ölçümünden elde edilen Schottky bariyer yüksekliği 𝜙𝐶𝑉 değerleri belirlenmiştir. 𝑅𝑠'nin aksine bu değerlerin artan frekans değerleri ile arttığı görülmüştür. Bu tez çalışması kapsamında üretilen TZO nano malzemesinin yapısal, morfolojik, optik ve elektriksel karakterizasyonu sonucunda optoelektronik uygulamalar için uygun bir malzeme olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis work, Ti doped ZnO (TZO) was prepared with RF magnetron sputtering. TZO nano materials were deposited on both corning glass (CG) and n-type Si substrates. The structural, morphological, optical and electrical properties of the TZO nano material were investigated. It was determined that TZO nano material deposited on CG has good crystallinity, good surface homogeneity, low surface roughness and a suitable band gap value from X-Ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), as well as UV-Vis analysis. TZO nano material deposited on n-Si substrates was used for electrical characterization. The current–voltage (𝐼 − 𝑉) characterization of the Au/TZO/n–Si structure was done at 80 K and 300 K. Here, Thermionic Emission Theory and Cheung-Cheung method was used to determine the series resistance (𝑅𝑠). The obtained results show that they are compatible with each other. In addition, the characterization of capacitance-voltage ( 𝐶 − 𝑉 ) and conductance-voltage (𝐺/𝜔 − 𝑉) of the Au/TZO/n-Si structure was done for the frequency values of 0.3, 0.5 and 1.0
MHz. The 𝑅𝑠 value was determined from the 𝐶 − 𝑉 and 𝐺/𝜔 − 𝑉 curves. It was seen that 𝑅𝑠 decreases with increasing frequency. Also the values of diffusion potential at zero bias 𝑉𝐷, Fermi energy 𝐸𝐹 , space charge layer width 𝑊𝐷 and Schottky barrier height from C - V measurement 𝜙𝐶𝑉, were determined from the 𝐶−^2 − 𝑉 curve. Contrary to the 𝑅𝑠, these values were found to increase with increasing frequency. According to the results of the structural, morphological, optical and electrical characterization of the nano material that has been produced in this work, it was determined that this structure is suitable for optoelectronic applications.