SrTiO3 ince film kapasitörlerin pvd yöntemi ile üretimi ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi
SrTiO3 ince film kapasitörlerin pvd yöntemi ile üretimi ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi
Yazar: HATİCE SERTKOL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HATİCE ZEHRA AKBAŞ
Mustafa Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Her malzemenin dielektrik özelliklerin farklı olması nedeniyle, dielektrik özelliklerin ölçülmesiyle malzemenin kullanım alanının belirlenmesinde çok önemli bilgiler verir. Bu çalışmada, iki farklı kalınlıkta ve her bir kalınlık için dört farklı çapta metal-yalıtkan-metal yapılı SrTiO3 kapasitörler cam altlık üzerine üretildi.ÜretilenSrTiO3 yalıtkan ortamlı kapasitörlerin kalınlıkları A numunesi için 214.4nm ve B numunesi için 69 nm olarak ölçüldü. A ve B olarak adlandırılan her bir numuneye ait0.5mm, 1.0 mm, 1.5mm ve 2.0mm şeklinde dört farklı çaplarda 16 kapasitör mevcuttur.
Kapasitörlerin kristal ve mikro yapısı X-ışını kırınımı (XRD) ve profilometre ile belirlendi. A ve B numunelerinin XRD grafikleri oluşan yapının kristal yapıda oluşmadığını gösterdi. A ve B numunelerinin profilometre ile ölçülen yüzey pürüzlülüğü sırasıyla 44.97 nm ve 38.02 nm olarak bulundu. Kapasitörlerin dielektrik parametreleri Agilent 4980 LCR metre kullanılarak paralel plakalı kapasitör metodu ile ölçüldü. C ve R parametreleri oda sıcaklığında 20 Hz- 2 MHz frekans aralığında ölçüldü. Kompleks elektriksel geçirgenlik (ε^' and ɛ''), kompleks empedans(Z^' and Z''), kompleks elektriksel modül (M^' and M'')  ve kompleks ACiletkenlik (σ' and σ'') C-R değerleri kullanılarak verilen frekansa aralığında dielektrik spektroskopi metodu kullanılarak hesaplandı.
ε^'değerleri A numuneleri için 53 ile 16 aralığında ve yine ε^' değerleri B numunleri için 1.6 ile 0.5 aralığında olduğu ve bu değerlerin incelenen 20 Hz- 2 MHz frekans aralığında neredeyse sabit olduğu görüldü. Tüm numuneler için ɛ'' değerleri frekans artışıyla lineer olarak artmıştır. Z', Z''  ve σ', σ'' arasında zıt bir bağıntı vardır. Bu olay malzemede hopping tipi iletim mekanizmasının olduğu şeklindeaçıklanabilir.SrTiO3 malzemesinin dielektriklik özelliklerinin kapasitör alanına ve film kalınlığına güçlü olarak bağlı olduğu görüldü.
Numunelerin kapasitansının çalışılan frekans aralığında sabit olduğu gözlenmiştir. Bu sonuçlar bu malzemelerin GHz mertebesi civarındaki yüksek frekanslarda birçok önemli uygulama için kullanılabileceğini de göstermektedir.

Anahtar Kelimeler:SrTiO3, Permitiviti, Dielektrik, Seramik

Abstract:
Measurement of the dielectric properties of material is very crucial in to obtain necessary information on critical use of materials, since dielectric properties of each material are unique. In this study, metal-insulator-metal capacitors that two different thickness and four different radius using SrTiO3 ceramics on glass were produced.  The thickness of insulators which made from SrTiO3 was 214.4 nm for sample A and 69.00 nm for sample B. Each sample has four capacitors with a 0.5 mm, 1.0 mm, 1.5 mm and 2.00 mm radius. 
Crystal and micro structure of the capacitors are characterized by X-ray diffraction (XRD) and profilometer. The XRD pattern showed that the A and B samples were not in crystal structure. Roughness of A and B samples were measured by profilometer and found to be as 44.97 nm and 38.02 nm respectively. Dielectric parameters of the capacitors were measured using parallel plate capacitor method using Agilent 4980LCR meter. C and R parameters were measured in a wide frequency range of 20 Hz- 2MHz at room temperature. Complex permittivity (ε^' and ɛ''), complex impedance (Z^' and Z''), complex electric modulus (M^' and M'') and complex ac conductivity (σ' and σ'') were calculated from C-R measurement by dielectric spectroscopy method in the frequency range. 
The values of ε^'were in the range of 1.6 to 0.5 for samples B, 53 to 16 for samples Aand almost stable in frequency range of 20 Hz- 2 MHz. The values of ɛ'' had increased linearly with increasing frequency for all samples. There was an inverse relationship between Z', Z'' and σ', σ''. This phenomenon could be explain as a hopping type conduction mechanism in the material. The dielectric properties of SrTiO3 material were strongly dependent on the film thickness and capacitor areas. 
Capacitance of the sample exhibits a stable condition in the frequency range. This results show that the samples could be used also high frequencies around GHz that is important for many applications.

Keywords:SrTiO3, Permittivity, Dielectric, Ceramic