p-Si, GaAs ve Ge ALTTAŞLAR ÜZERİNE Al:ZnO FİLMLERİN

advertisement
p-Si, GaAs ve Ge ALTTAŞLAR ÜZERİNE Al:ZnO FİLMLERİN
BÜYÜTÜLMESİ; YAPISAL, OPTİK VE ELEKTRİKSEL
ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ
Gürkan KURTULUŞ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
FİZİK ANABİLİM DALI
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
MART 2014
ANKARA
Gürkan KURTULUŞ tarafından hazırlanan “p-Si, GaAs ve Ge ALTTAŞLAR
ÜZERİNE Al:ZnO FİLMLERİN BÜYÜTÜLMESİ; YAPISAL, OPTİK VE
ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ” adlı bu tezin Yüksek Lisans
Tezi olarak uygun olduğunu onaylarım.
Prof. Dr. Ergün KASAP
…………….………………..
Tez Danışmanı, Fizik Anabilim Dalı
Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Fizik Anabilim Dalında Yüksek Lisans
Tezi olarak kabul edilmiştir.
Prof. Dr. Ali GENCER
……………………………..
Fizik Anabilim Dalı, Ankara Üniversitesi
Prof. Dr. Ergün KASAP
…………….………………..
Fizik Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Prof. Dr. Süleyman ÖZÇELİK
……………………………..
Fizik Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Tez Savunma Tarihi: 26 / 03 / 2014
Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini
onamıştır.
Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU
Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü
……………………………..
TEZ BİLDİRİMİ
Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde
edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu
çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf
yapıldığını bildiririm.
Gürkan KURTULUŞ
iv
p-Si, GaAs ve Ge ALTTAŞLAR ÜZERİNE Al:ZnO FİLMLERİN
BÜYÜTÜLMESİ; YAPISAL, OPTİK VE ELEKTRİKSEL
ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ
(Yüksek Lisans Tezi)
Gürkan KURTULUŞ
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Mart 2014
ÖZET
Bu tez çalışmasında, p-tipi, Si, GaAs ve Ge alttaşlar üzerine farklı kalınlıklarda
Al katkılı ZnO (AZO) ince filmler RF magnetron püskürtme yöntemi ile
büyütüldü. Oluşturulan filmlerin yapısal, elektriksel, morfolojik ve optik
özellikleri analiz edildi. Numunelerin yapısal, optik ve morfolojik özellikleri Xışını kırınımı (XRD), fotolüminesans (FL) ve atomik kuvvet mikroskobu (AKM)
yöntemleri ile analiz edildi. Yapılan karakterizasyonlar sonucunda, AZO
filmlerin hegzagonal kristal geometrisine ve c-düzlemine dik olacak şekilde
polikristal kristal yapısına sahip olduğu belirlendi. XRD ve AKM desenlerinin
analizinden, AZO filmlerindeki parçacık büyüklüklerinin artan film kalınlığı ile
arttığı gözlendi. Optik analizler ile AZO filmlerinin banttan-banda yasak enerji
aralıklarının 3.3 eV civarında olduğu görüldü. Ayrıca tüm örneklerde çinko
kusurlarından kaynaklı 3.03 eV civarında ve oksijen
boşluklarından
kaynaklanan 2.4-2.54 eV civarında kusur seviyeleri olduğu belirlendi. p-n eklem
AZO/Si, GaAs ve Ge yapılarının fotovoltaik duyarlılıklarının incelenmesi amacı
ile litografi ve metalizasyon işlemlerini içeren hücre fabrikasyonları yapıldı.
Fabrikasyonu tamamlanan hücrelerinin elektriksel özellikleri akım-voltaj (I-V)
ölçümleri ile belirlendi. Oluşturulan yapıların düşük verimlilikte fotovoltaik
özellikleri belirlendi.
v
Bilim Kodu
Anahtar Kelimeler
Sayfa Adedi
Tez Yöneticisi
: 202.1.008
: Püskürtme, ZnO, p-n eklem, XRD, AKM, FL, I-V
: 79
: Prof. Dr. Ergün KASAP
vi
THE DEPOSITION OF Al:ZnO FILMS ON p-Si, GaAs AND Ge
SUBSTRATES: THE INVESTIGATION OF STRUCTURAL, OPTICAL AND
ELECTRICAL PROPERTIES
(M. Sc. Thesis)
Gürkan KURTULUŞ
GAZİ UNIVERSITY
GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES
March 2014
ABSTRACT
In this thesis, Al doped ZnO (AZO) thin films were grown on to the p-type, Si,
GaAs, and Ge substrates by RF magnetron sputtering system with different
thicknesses. The structural, electrical, morphological and optical properties of
AZO films were analyzed. The structural, optical and morphological properties
of the samples were analyzed by X-ray diffraction (XRD), photoluminescence
(PL), and atomic force microscopy (AFM) methods. From XRD results, AZO
films have been in to the hexagonal crystal geometry and the polycrystalline
crystal structure which is perpendicular to c-plane. It was observed that grain
sizes of the AZO films increased with increasing film thickness from the analysis
of the XRD and AFM patterns. The band gap energies of the AZO films were
obtained band to band, about 3.3 eV from the optical analysis. Two defect levels
which were around 3.03 eV arises from zinc defects and around 2.4 – 2.54 eV
arises from oxygen vacancy defects were determined at all samples. The
fabrication processes which include the lithography and metallization processes
were done to examine the photovoltaic sensitivity of p-n junction AZO/Si, GaAs,
and Ge samples. The electrical properties of the fabricated p-n junction AZO
samples were obtained from the Current-Voltage (I-V) measurements. The
photovoltaic behaviors of the fabricated p-n junction AZO samples were
determined as having low efficiency.
vii
Science Code
Keywords
Pages
Supervisor
: 202.1.008
: Sputtering, ZnO, p-n junction, XRD, AFM, PL, I-V
: 79
: Prof. Dr. Ergün KASAP
viii
TEŞEKKÜR
Bu tezin önderliğini yapan, yardımlarını ve sevgisini hiçbir zaman eksik etmeyen
sayın Prof. Dr. Ergün KASAP hocama çok teşekkür ederim.
Fotonik Uygulama ve Araştırma Merkezi ile tanışmamıza vesile olan, deneysel
çalışmalarımda, bilgi ve birikimi ile beni yalnız bırakmayan Prof. Dr. Süleyman
ÖZÇELİK hocama teşekkür ederim.
Çalışmalarımda emeklerini ve güler yüzünü hiçbir zaman esirgemeyen değerli hocam
Doç. Dr. Mustafa Kemal ÖZTÜRK’e sonsuz minnettarım.
Tezin her aşamasında bilgi ve deneyimleri ile bana yardımcı olan Dr. Saime Şebnem
ÇETİN ve Uzm. Tarık ASAR hocalarıma çok teşekkür ediyorum.
Çalışmalarım ve tez yazım sürecinde hem stresimi paylaşıp hem de yardımlarını
esirgemeyen başta Emre PİŞKİN, Barış KINACI, Ümran Ceren BAŞKÖSE, Nihan
AKIN, Yunus ÖZEN, Halil İbrahim EFKERE ve Fotonik Uygulama ve Araştırma
Merkezi çalışanlarına teşekkür ederim.
Bu çalışmanın öncesinde ve sonrasında, manevi desteğini hiç esirgemeyen değerli
abim Gökhan KURTULUŞ’a en derin duygularla teşekkür ederim.
Ve değerli ailem bugünümü size borçluyum. İyi ki varsınız…
Bu çalışma 2011K120290 no’lu Fotonik Araştırma Merkezi projesi ile Kalkınma
Bakanlığı tarafından desteklenmiştir.
iv
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET ...................................................................................................................... iv
ABSTRACT ............................................................................................................vi
TEŞEKKÜR ......................................................................................................... viii
İÇİNDEKİLER ........................................................................................................ iv
ÇİZELGELERİN LİSTESİ ...................................................................................... vi
ŞEKİLLERİN LİSTESİ ..........................................................................................vii
RESİMLERİN LİSTESİ .......................................................................................... ix
SİMGELER VE KISALTMALAR ........................................................................... x
1. GİRİŞ ................................................................................................................... 1
2. GENEL BİLGİLER .............................................................................................. 6
2.1. Oksit Bazlı Yarıiletkenler .............................................................................. 6
2.2. ZnO ve Özellikleri ......................................................................................... 7
2.2.1. ZnO için temel fiziksel parametreler ................................................... 8
2.2.2. Kristal yapısı ....................................................................................... 9
2.2.3. Elektronik bant yapısı ........................................................................11
2.2.4. Optik özellikleri .................................................................................14
2.2.5. Elektriksel özellikleri .........................................................................15
2.3. Yarıiletken p-n Eklem Yapıları .....................................................................17
2.3.1. n-tipi yarıiletken ................................................................................17
2.3.2. p-tipi yarıiletken ................................................................................18
2.3.3. p-n eklemi ..........................................................................................20
2.3.4. p-n ekleminin iletkenliği ....................................................................23
v
Sayfa
2.3.5. p-n ekleminde meydana gelen optik olaylar .......................................26
2.4. Metal-Yarıiletken Kontaklar .........................................................................26
2.4.1. Schottky ve Ohmik kontaklar .............................................................27
3. KULLANILAN KRİSTAL BÜYÜTME VE KARAKTERİZASYON
SİSTEMLERİ ..................................................................................................... 31
3.1. Sputtering (Püskürtme) Sistemi ....................................................................31
3.2. X-Işını Kırınımı (XRD) ................................................................................33
3.3. Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM) .............................................................35
3.4. Fotolüminesans (FL) .....................................................................................38
3.5. Akım-Voltaj (I-V) Ölçüm Sistemi.................................................................40
4. YAPILARIN BÜYÜTÜLMESİ, KARAKTERİZASYONLARI:
BULGULAR ve TARTIŞMA ............................................................................. 42
4.1. Yapılarının Büyütülmesi ...............................................................................42
4.2. Yapıların Karakterizasyonu ..........................................................................49
4.2.1. X-ışını kırınımı analizleri ...................................................................49
4.2.2. Fotolüminesans (FL) analizleri ...........................................................55
4.2.3. Atomik kuvvet mikroskobu (AKM) analizleri ....................................58
4.2.4. I-V analizleri......................................................................................63
5. SONUÇLAR ....................................................................................................... 67
KAYNAKLAR ....................................................................................................... 70
ÖZGEÇMİŞ............................................................................................................ 79
vi
ÇİZELGELERİN LİSTESİ
Çizelge
Sayfa
Çizelge 2.1. II-VI bileşik yarıiletkenlerin genel özellikleri ........................................8
Çizelge 2.2. ZnO için fiziksel parametreler ...............................................................9
Çizelge 2.3. Metal-Yarıiletken kontakların iş fonksiyonuna göre Schottky ve
Ohmik kontaklar................................................................................. 27
Çizelge 4.1. Arka ohmik kontak metalizasyon parametreleri ................................... 44
Çizelge 4.2. Arka ohmik kontak tavlama parametreleri ...........................................44
Çizelge 4.3. Numunelerin kaplama şartları .............................................................. 46
Çizelge 4.4. Ön ohmik kontak metalizasyon parametreleri ......................................48
Çizelge 4.5. Ön ohmik kontak tavlama parametreleri .............................................. 49
Çizelge 4.6. AZO ince filmlerin yapısal parametreleri ............................................. 55
vii
ŞEKİLLERİN LİSTESİ
Şekil
Sayfa
Şekil 2.1. ZnO altıgen (hegzagonal) yapısı. ............................................................. 10
Şekil 2.2. Düzlemleri gösterilmiş hegzagonal ZnO yapısı ........................................ 11
Şekil 2.3. LDA metodu ile D. Vogelin yaptığı ZnO bant yapısı ............................... 12
Şekil 2.4. Band yapısı ve altıgen ZnO'nun simetrileri. ............................................. 13
Şekil 2.5. Oda sıcaklığında ZnO için tipik bir PL karakteristiği ............................... 14
Şekil 2.6. ZnO’nun elektron mobilitesi şematik gösterimi ....................................... 15
Şekil 2.7. Enerji bant diyagramında verici enerji seviyesinin gösterimi ................... 17
Şekil 2.8. Enerji bant diyagramında alıcı seviyesinin gösterimi ............................... 19
Şekil 2.9. p-tipi bir yarıiletken için enerji bant diyagramında fermi enerji
seviyesinin gösterimi ............................................................................... 20
Şekil 2.10. Temel p-n eklem yapısı ......................................................................... 20
Şekil 2.11. a) p-n eklemi oluşmadan önce fermi enerji seviyeleri
b) p-n eklemi ve fermi enerjisi
c) tükenme bölgesinde yük dağılımı
d) tükenme bölgesindeki alan dağılımı .................................................. 21
Şekil 2.12. İleri yönde beslenen bir p-n ekleminin şematik gösterimi ...................... 23
Şekil 2.13. İleri yönde beslenen bir p-n ekleminin enerji bant diyagramı ................. 24
Şekil 2.14. Ters yönde beslenen bir p-n ekleminin şematik gösterimi ...................... 24
Şekil 2.15. Ters yönde beslenen bir p-n ekleminin enerji bant diyagramı................. 25
Şekil 2.16. Ters yönde beslenen bir p-n ekleminin I-V karakteristiği ....................... 25
Şekil 2.17. n-tipi yarıiletken/metal ohmik kontağın;
a) kontaktan önce,
b) kontaktan sonra ısıl denge ve
c) V≠0 durumundaki enerji bant diyagramları ....................................... 29
Şekil 2.18. p-tipi yarıiletken/metal ohmik kontağın;
a) kontaktan önce,
viii
Şekil
Sayfa
b) kontaktan sonra ısıl denge,
c) V≠0 durumundaki, enerji bant diyagramları ......................................30
Şekil 3.1. Püskürtme yönteminin şematik gösterimi ................................................ 31
Şekil 3.2. Bragg Yansıması şematiği ....................................................................... 33
Şekil 3.3. AKM’nin çalışma prensibinin şematik gösterimi ..................................... 35
Şekil 3.4. FL ölçüm sisteminin şematik gösterimi ................................................... 38
Şekil 4.1. Arka ohmik kontak için kullanılan foto-maske görüntüsü ........................ 43
Şekil 4.2. Üretilen AZO yapılarının şematik gösterimi ............................................ 45
Şekil 4.3. Noktasal kontak alanlarının belirlenmesi için kullanılan foto-maske
görüntüsü ................................................................................................ 47
Şekil 4.4. PR kalınlığını gösteren profilometre grafiği ............................................. 48
Şekil 4.5. S1, S2 ve S3 numunelerinin XRD kırınım desenleri ................................ 52
Şekil 4.6. G1, G2 ve G3 numunelerinin XRD kırınım desenleri .............................. 53
Şekil 4.7. T1, T2 ve T3 numunelerinin XRD kırınım desenleri ................................ 54
Şekil 4.8. ZnO filminin enerji transfer mekanizması................................................ 56
Şekil 4.9. Numunelerin oda sıcaklığında FL spektrumları ....................................... 57
Şekil 4.10. Si alttaşlar üzerine farklı film kalınlıklarında kaplanan numunelerin
yüzey görüntüleri .................................................................................. 60
Şekil 4.11. GaAs alttaşlar üzerine farklı film kalınlıklarında kaplanan numunelerin
yüzey görüntüleri .................................................................................. 61
Şekil 4.12. Ge alttaşlar üzerine farklı film kalınlıklarında kaplanan numunelerin
yüzey görüntüleri .................................................................................. 62
Şekil 4.13. AZO/p-Si numunelerinin I-V grafiği ..................................................... 63
Şekil 4.14. AZO/p-GaAs numunelerinin I-V grafiği ................................................ 64
Şekil 4.15. AZO/p-Ge numunelerinin I-V grafiği .................................................... 64
Şekil 4.16. Si üzerine kaplanan AZO filmli hücrelerin yarı logaritmik I-V grafiği ... 66
ix
RESİMLERİN LİSTESİ
Resim
Sayfa
Resim 3.1. BESTEC magnetron püskürtme sistemi ................................................. 32
Resim 3.2. APD 2000 PRO XRD cihazının genel görünümü ................................... 35
Resim 3.3. Cantilever ucu ....................................................................................... 36
Resim 3.4. Omicron-Variable Temperature AFM/STM sistemi ............................... 37
Resim 3.5. Horibe Jobin Yvon Fluorolog-3 sistemi ................................................. 40
Resim 3.6. I-V ölçüm sistemi .................................................................................. 41
x
SİMGELER VE KISALTMALAR
Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte
aşağıda sunulmuştur.
Simgeler
Açıklama
a
Örgü sabiti
Eg
Yasak enerji aralığı
Å
Angstrom
d
Atomik düzlemler arası uzaklık
EA
Akseptör enerji düzeyi
Ec
İletim bandı enerjisi
ED
Donor enerji düzeyi
EF
Fermi enerji seviyesi
Eg
Yasak enerji aralığı
Ei
İlk durum enerjisi
Es
Son durum enerjisi
Ev
Valans bandı enerjisi
ε
Yarıiletkenin dielektrik sabiti
Ge
Germanyum
h
Planck sabiti
Ө
Bragg açısı
ɸm
Metalin iş fonksiyonu
ɸs
Yarıiletkenin iş fonksiyonu
k
Boltzman sabiti
λ
Dalga boyu
me
Elektronun kütlesi
mh
Holün kütlesi
mh*
Holün etkin kütlesi
me
*
Elektron etkin kütlesi
xi
Simgeler
Açıklama
n
İdealite faktörü
Si
Silisyum
T
Sıcaklık
Ts
Alttaş büyüme sıcaklığı
Vd
Dış gerilim
δ
Kusur yoğunluğu
I0
Doyma akımı
h
Miller indisi
k
Miller indisi
l
Miller indisi
As
Arsenik
Ɛr
Bağıl dielektrik sabiti
EH
Hidrojen iyonlaşma enerjisi
PP
p-tipi yarıiletkende çoğunluk taşıyıcılar
NP
n-tipi yarıiletkende azınlık taşıyıcılar
Q
Elektron yükü
Kısaltmalar
Açıklama
AZO
Al katkılı çinko oksit
AKM
Atomik kuvvet mikroskobu
AC
Alternatif akım
CVD
Kimyasal buhar biriktirme
DI
De-iyonize
DLE
Derin seviye emisyonu
DC
Doğru akım
FWHM
Pik yarı genişliği
FL
Fotolüminesans
I-V
Akım-gerilim
xii
Kısaltmalar
Açıklama
KL
Katotlüminesans
LDA
Yerel yoğunluk tahmini
LED
Işık yayan diyot
NBE
Yakın bant emisyonu
RTA
Hızlı termal tavlama
MBE
Moleküler tabaka büyütme
MOCVD
Metal organik kimyasal buhar biriktirme
OLED
Organik ışık yayan diyot
PR
Fotorezist
RMS
Kare ortalama karekök
RF
Radyo frekansı
TCO
Şeffaf iletken oksit
TTFT
İnce film transistör
UV
Morötesi
VIS
Görünür bölge
XRD
X-ışını kırınımı
1
1. GİRİŞ
Teknolojik uygulamalarda yarıiletken fiziğinin önemi oldukça büyüktür. Yarıiletken
fiziğinin gelişimi, uygulamadaki ihtiyaçlardan kaynaklanmaktadır ve günlük
yaşantımızda hemen hemen her alanda kullandığımız yarıiletken aygıtlar içerisinde
önemli bir yere sahip olan ince filmlerin elektriksel, optiksel ve yapısal analizlerinin
yapılması bilimsel açıdan son derece önemlidir.
Kalınlığı 1 µm’den daha az olan metal oksit filmler ince film olarak adlandırılır.
Oldukça geniş kullanım alanlarına sahip olan ince filmler; başlarda cam ve seramik
üzerinde dekorasyon amaçlı kullanılmıştır. Daha sonraları gümüş tuzları kullanılarak
cam yüzeyler üzerinde gümüş filmleri elde edilmiştir [1]. 1838’de ilk metal filmler
elektroliz yöntemi ile yapılmıştır. 1852’de Grove “parıltılı-boşalma püskürtme”
yöntemi, 1857 yılında ise Faraday asal gaz içerisinde buharlaştırma yöntemi ile metal
oksit ince film elde etmiştir. 1887’de Nahrwald vakum oluşturmak için “Joule
ısıtması” kullanarak platin ince filmleri elde etmiş ve Kundt bir yıl sonra aynı
yöntemle ince filmler elde etmiştir [2].
Yarıiletken metal-oksit ince filmler; polikristal filmler, tek ve çok bileşimli
epitaksiyel filmler olmak üzere üç temel grupta elde edilmektedir. Tek ve çok
bileşimli tek kristal filmler, epitaksiyel metotlarla büyütülmeleri ileri teknoloji
kullanımı gerektiren maliyeti yüksek filmlerdir. Bu nedenle bilimsel çalışmalarda
maliyeti düşük ve pratik olarak elde edilen polikristal filmler tercih edilmektedir.
Polikristal filmler optik ve elektrik özellikleri nedeniyle güneş pili, yarıiletken
dedektör gibi birçok uygulama alanı olan basit ve farklı yöntemlerle elde edilen
yarıiletken materyallerdir [3].
Günümüzde yarıiletken malzemelerin fotodiyod, transistör, lazer, sensör, güneş pili,
gösterim cihazları, optik ulaşım sistemleri ve askeri savunma tekniğinde kullanımı
yaygındır. Ayrıca yarıiletken ince filmlerin; manyetik film, mikroelektronik aygıt,
interference filtre gibi birçok alanda uygulamaları vardır. Yarıiletken malzemeler
birçok yöntemle hazırlanabilmektedir. Püskürtme, Vakumda buharlaştırma, RF
2
Suputtering, Moleküler tabaka büyütme (MBE), Kimyasal buhar depolama (CVD),
Metal Organik Kimyasal Buhar Biriktirme (MOCVD) [4-6]. Sol-jel, filmlerin
üretiminde kullanılan yöntemlerden bazılarıdır [7,8].
Literatürde birçok püskürtme tekniği mevcuttur. Genellikle bu tekniklerde kullanılan
güç kaynaklarının özelliklerine göre değişik püskürtme teknikleri ortaya çıkmaktadır.
Doğru akım (DC) püskürtme, radyo frekans (RF) püskürtme, magnetron püskürtme
bunlardan bazılarıdır. Püskürtme yöntemi ile çeşitli iletken, yarıiletken veya yalıtkan
malzemeler elde edilebilir. İletken olan malzemeler DC magnetron püskürtme,
yalıtkan malzemeler ise RF magnetron püskürtme yöntemiyle oluşturulur.
Vakum temelli ince film birikim teknolojileri iki temel kategoriye ayrılır: Fiziksel
buhar birikimi (PVD) ve kimyasal buhar birikimi (CVD). Fiziksel buhar birikimi
metotlarından biri olan püskürtme (sputtering) gerçekte yeterli enerji ile hedef
malzemenin yüzeyini bombardıman eden enerjili parçacıkları içeren basit bir
işlemdir. Fiziksel püskürtme çeşitli ortamlardaki iyon bombardımanıyla gerçekleşir.
Yaygın olarak kullanılan ortamlar Ar+, Kr+ gibi birer asal gaz içerirler. Ayrıca
püskürtme diğer enerjili iyonlardan, nötronlardan, elektronlardan ve hatta
fotonlardan bile oluşabilir. Püskürtme sistemi, vakum ortamında hedef malzemeden
(target) fiziksel olarak koparılan atomların, alttaş üzerine ince film oluşturulması için
yaygınca kullanılan bir sistemdir.
Yarıiletkenler, periyodik tabloda Si, Ge gibi IV. grup elementlerinden, GaAs ve InSb
gibi III-V grup bileşiklerinden ve kısmen de ZnS, CdS ve ZnO gibi II-VI grup
bileşikleri ile bu bileşiklerin üçlü, dörtlü bileşiklerinden oluşturulmaktadırlar. Bu
yarıiletkenlerden Si ve Ge doğal diğerleri ise yapay yarıiletkenlerdir.
II-VI grup bileşikler, yarıiletkenlerin ve yarıiletken aygıtların geliştirilmesindeüretiminde oldukça önemli bir yere sahiptirler. Periyodik cetvelin II grubu
elementlerinden olan Zn, Cd, Hg ile VI grup elementleri O, S, Se ve Te ikili, üçlü ve
hatta dörtlü bilesikler olustururlar. 1.8-4 eV aralığında olmak üzere oldukça geniş
enerji bant aralığına sahiptirler. Bu nedenle, geniş bant aralıklı yarıiletken
3
materyaller olarak bilinirler ve birçok elektro-optik aygıt geliştirmede yaygın olarak
kullanılmaktadırlar [9]. Bu bileşikler, katot ışını tüplerinde pencere materyali olarak,
elektrolüminesans cihazlarda, fotoiletkenlerde, güneş pillerinde, lazer diyotlarda,
ince film transistörlerinde ve ultraviyole dedektörlerde kullanılmaktadırlar [9,10].
Metal-oksit yarıiletkenler içerisinde şeffaf iletken oksitlerden (TCO) olan ZnO,
görünür bölgedeki yüksek geçirgenliğinden dolayı ayrıca önemli teknolojik
uygulama alanlarına sahiptir [11]. ZnO bileşiği görünür bölgede yaklaşık %80-%90
optik geçirgenliğe sahiptir. Çok şeffaf ve iletken ZnO ince filmler güneş pillerinde
kullanılabilir ve UV mavi, yeşil ve kırmızı ışık veren yeni nesil lazer diyot ve
LED’lerde
de
yer
almaktadır.
Ayrıca
çinko
oksit, sulu
boyalarda beyaz
pigment olarak ve lastik sanayisinde aktivatör olarak kullanılır. Geniş bir eksiton
bağlanma enerjisine sahiptir. ZnO tüm asit ve alkalilerde kolaylıkla aşındırılabilir ve
küçük boyutlu aygıtların üretimi için bir fırsat sağlar.
ZnO oda sıcaklığında 3.1-3.3 eV geniş ve direk enerji bant aralığına sahip n-tipi bir
yarıiletkendir [12-14]. Molekül ağırlığı 81.38 g, yoğunluğu 5.65 g/cm³ olan beyaz,
gevşek yapılı bir tozdur. 52 bar basınç altında 1975 Cº’de erir. 300 Cº’e kadar
ısıtıldığında limon sarısı rengine dönüşür. Soğutulduğunda ise eski rengini geri alır.
1000 Cº’de ise buharlaşmaya başlar [15,16]. Yüksek enerjili elektromanyetik
radyasyona bilinen en dayanıklı yarıiletkendir.
ZnO bileşiğinin kozmetik ürünleri, ilaç sanayi, varistör, gaz sensörü, yüzey akustik
dalga cihazları (SAW) gibi değişik kullanım alanları vardır [17]. Yüksek güç, yüksek
sıcaklık, yüksek frekans devrelerinde kullanılabilirler. Diğer yarıiletkenlere göre
yüksek enerjili elektron radyasyonuna karşı dirençli olmalarından dolayı parçacık
radyasyonunun yüksek olduğu bazı deneylerde kullanılmış olması ZnO’ in uzay
araştırmaları için uygun olduğunu ispatlamıştır [18-20]; aynı zamanda nükleer
santraller gibi karasal uygulamalarda da kullanılabilirler [15]. Yarıiletken ince
filmler mikro elektronikte yaygın kullanıldığı gibi, optik uygulamaları açısından da
çok büyük öneme sahiptirler. ZnO optik kaplamalar, geniş kullanım alanları
nedeniyle geniş ürün yelpazesine ve ekonomik pazara sahiptirler [15].
4
ZnO yüksek eksiton enerjisine sahip olduğundan dolayı ışık üretme verimi diğer
yüksek enerji aralıklı yarı iletkenlerden fazladır. Bu nedenle ZnO gösterge
panellerinde, LED [21], fotodedektörlerde [5], lazer cihazlarında ve gaz sensör
cihazlarında [22,23], kullanılma potansiyeline sahiptirler. Ayrıca ZnO pizoelektrik
mikro kuvvet sensör parçacıkların üretiminde de kullanılmaktadır [24]. Bundan
başka UV’ den yakın kırmızıaltı bölgeye kadar pek çok amaçlı optik filtrelerin
üretiminde ve güneş pillerinde; gerilim düzenleyici olarak yüksek gerilim veya düşük
akım elektronik uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca savunma
sanayinin ihtiyacı olan gece görüş sistemlerinde, ısıl kameralarda kullanılır. Aynı
zamanda çeşitli aynalar ve özellikle enerji tüketimini azaltmakta kullanılan mimari
camlarda yaygın olarak kullanılır [15].
II-VI bileşiklerinden olan yarıiletkenler, hem kübik hem de hekzagonal (wurtzite)
kristal yapıda kristallenmektedir [9,25]. ZnO bileşiği hekzagonal yapıya sahiptir.
Bu yapıda her Zn atomu birinci kabukta dört O atomu ile ikinci kabukta 12 Zn atomu
ile çevrilmiştir. Örgü parametreleri a=3.249 Å ve c=5.205 Å’dur. En yakın komşu
anyon katyon uzaklığı 1.96 Å’dur.
Bu tez çalışmasında p-tipi iletkenliğe sahip Si, Ge ve GaAs üzerine doğal n-tipi olan
ZnO filmleri kaplanarak birer pn-eklemli yapı oluşturulması ve bu yapıların ışığa
duyarlılıklarının incelenmesi amaçlandı. Gazi Üniversitesi Fotonik Uygulama ve
Araştırma Merkezi bünyesinde bulunan püskürtme sisteminde; önce Si, Ge ve GaAs
alttaşlarının arka yüzeyine %99,99 saflıkta olan Au, oda sıcaklığında 1500 Å
kalınlığında kaplandı. Sonra hızlı termal tavlama sisteminde (RTA- Rapid Thermal
Annealing ) 375°C’de bir dakika süresince tavlandı ve arka yüzeyin omik özellik
göstermesi sağlandı. Arka yüzeyi omik olan Si, Ge ve GaAs alttaşların ön yüzeyine
ZnO;1000, 2000 ve 3000 Å kalınlıklarında 200°C’de RF magnetron püskürtme
yöntemiyle oluşturuldu. Oluşan filmlerin yapısal, optik ve elektriksel özellikleri
araştırıldı. Yapısal özellikleri yüksek çözünürlüklü X-ışını kırınımı (HRXRD) tekniği
kullanılarak incelendi. Optik özellikler üzerinde farklı alttaşlara sahip ZnO yapısının
kalınlığa göre etkisi incelendi. AKM (Atomik Kuvvet Mikroskobu) ile örnek
5
numunelerin yüzey morfolojisi incelendi ve oda sıcağında fotolüminesans (FL)
ölçümleri yapıldı. Daha sonra yapıların elektriksel özelliklerinin incelenebilmesi
için; ön yüzeye önce oda sıcaklığında 300 Å kalınlığında % 99,99 saflıkta Ti, sonra
üzerine oda sıcaklığında 1000 Å kalınlığında % 99,99 saflıkta Au kaplandı. Kaplanan
numuneler RTA sisteminde 330°C’de bir dakika tavlanarak ön yüzeyinde omik
kontak oluşması sağlandı. Kontaklar yapıldıktan sonra akım-gerilim (I-V) ölçümleri
yapılarak ZnO malzemelerindeki kalınlığın elektriksel özellikleri üzerindeki etkileri
incelendi.
Bu çalışmanın birinci bölümünde, ZnO malzemesinin özellikleri ve önemi hakkında
bilgi verildi. İkinci bölümde, yarıiletken teorisi ve ZnO yarıiletkeninin özellikleri
üzerinde duruldu. Ayrıca ikinci bölümde yarıiletken pn eklem yapıları ve metal
yarıiletken kontaklar hakkında bilgiler sunuldu. Üçüncü bölümde, ZnO filmlerinin
büyütülmesi, farklı yöntemlerle karakterize edilmesi ve kullanılan karakterizasyon
sistemleri hakkında bilgi verildi. Dördüncü bölümde, deneysel ölçümler sonucunda
elde edilen veriler mevcut literatür ile kıyaslamalı olarak incelendi. Beşinci bölümde
ise elde edilen sonuçlar tartışıldı.
6
2. GENEL BİLGİLER
Günümüzde yoğun madde fiziğinin en çok ilgi gören araştırma dalları arasında ince
film teknolojisi ve bu teknoloji için üretilen filmlerin özelliklerinin belirlenmesi
önem taşımaktadır. Üretilen bu yarıiletkenler çok küçük hacimler içinde birçok işleve
sahip olan, hızlı elektronik devre elemanlarının meydana getirilmesini kolaylaştırır
ve teknolojinin gelişimine katkıda bulunmaktadır [26].
Gelişmiş teknoloji sayesinde modern cihazlar kullanılarak elde edilen filmlerin,
kristal yapılarının elektriksel ve optiksel özelliklerinin belirlenmesi çalışmalarında
ulaşılan başarılar gözlenen nitelikleri bu filmlerin kullanım alanlarının genişlemesini
sağlamıştır. Teknolojik alandaki bu hızlı gelişmeler, kendi gelişimi ile beraber enerji
problemini de beraberinde getirmiştir. Bunun sonucunda çalışmalar, yeni enerji
kaynaklarını bulmaya yöneltmiştir. Yarıiletken ince filmlerin geliştirilmesi, sürekli
bir enerji kaynağı olan güneş hücreleri üzerindeki çalışmalara önemli katkılar
sağlamaktadır [27].
2.1. Oksit Bazlı Yarıiletkenler
Oksit tabanlı ince filmler; yüksek elektriksel iletkenlik, optik geçirgenlik ve geniş
bant aralığına sahip olmalarından dolayı gaz ve biyolojik ajanların tespiti amacıyla
sensör yapımında, boya duyarlı güneş pillerinin üretimlerinde yaygın olarak
kullanılmaktadır.
Şeffaf iletken oksitler (TCO) son birkaç yıldır gelişmiş elektro-optik özellikleri
nedeni ile teknolojik kullanımı yaygınlaşan yarıiletken filmler arasına girmişlerdir.
Şeffaf iletken oksit ince filmler opto-elektronik aygıtların fabrikasyonundaki
önemleri nedeni ile yoğun bir şekilde çalışılmaktadır. Şeffaf iletken oksitler; diyot,
transistör ve ışık yayan diyotlar gibi p-n eklem tabanlı oksit aygıtlar, foto direnç gibi
opto-elektronik cihazlar ve fotovoltaik güneş pilleri için kullanılabilir malzemelerdir
[28].
7
Ayrıca yüksek iletkenlik ve optik geçirgenlikleri yanı sıra alttaş yüzeyine çok iyi
tutunma ve yüksek kızılötesi yansıtma özellikleri ile imaj sensörleri, sıvı kristal
ekranlar gibi geniş ve farklı uygulama alanları bulunmaktadır. Yine bu malzemelerle
çok fonksiyonlu fotokatalitik, kendini temizleme ve antibakteriyel özelliğe sahip
ürünlerin geliştirilmesi mümkündür.
2.2. ZnO ve Özellikleri
II-VI grubu yarıiletken bileşikler, optik ve elektriksel özellikleri açısından iletken ve
yalıtkanlara göre farklı avantajlar sağlar. Günümüzde endüstri kullanımında, bilimsel
çalışmalarda, enerji kullanımında ve birçok alanda yaygın olarak sağladığı
avantajları nedeniyle her geçen gün önemi artmaktadır.
II-VI grubu bileşiklerin enerji bant aralığı 1.8-4 eV arasında değişmektedir. Bu
bileşiklerin geniş ve direk geçişli bant aralığına sahip oldukları için elektromanyetik
spektrumun görünür bölgesinde LED’lerde ve fotodedektörlerde kullanılmaktadır
[29].
II-VI grubu bileşiklerinde bağlanma; iyonik ve kovalent bağlanmadır. Bu bileşikler
kübik ve hekzazonal yapıda kristallenirler. II-VI gurubu bileşiklerine ZnO, ZnS,
ZnTe, CdS ve CdTe örnek olarak gösterilebilir. Bu yarıiletkenlerin özellikleri
Çizelge 2.1’de gösterilmektedir.
8
Çizelge 2.1. II-VI bileşik yarıiletkenlerin genel özellikleri
II-VI bileşik
yarıiletkenler
ZnO
Bant aralığı (eV)
Kristal yapısı
3.4
Hegzagonal
ZnS
ZnSe
3.9
2.7
Hegzagonal
Çinkosülfür
ZnTe
2.3
Çinkosülfür
CdS
2.5
Hegzagonal
CdSe
1.8
Hegzagonal ve
Kübik
CdTe
1.5
Çinkosülfür
ZnO diğer bileşik yarıiletkenlere oranla optik cihazlar için daha fazla çalışma olanağı
sağlar [30]. ZnO, mekanik sistemlerdeki güç vericileri ve sensörler için özgün
özelliklerinden dolayı geniş uygulama alanlarına sahiptir [31]. Yüksek enerjili
elektromanyetik
radyasyona
en
dayanıklı
yarıiletken
olan
ZnO,
uzay
uygulamalarında da tercih edilebilecek bir malzeme olmasına neden olmuştur [32].
Ayrıca ZnO, güneş pilleri ve parlak ekranlar gibi uygulamalarda da kullanılmaktadır.
Işık yayan diyot (LED), ince film transistör (TTFT) ve organik ışık yayan diyot
(OLED) gibi önemli uygulamalarda kendine yer bulur. Bunlara ek olarak büyük
piezoelektrik katsayısı nedeni ile bu malzemeden ses dalgası ve optik dalga
kılavuzları olarak da yararlanılabilir [33].
2.2.1. ZnO için temel fiziksel parametreler
ZnO için temel fiziksel parametreler Çizelge 2.2’de gösterilmektedir [34-35].
9
Çizelge 2.2. ZnO için fiziksel parametreler
Fiziksel parametreler
Değerler
a0
0,32495nm
c0
0,52069nm
a0/ c0
1,602 (ideal hegzagonal yapı için
1,633)
Yoğunluk
5,606 g/m3
Termal iletkenlik
0,6-1-1,2 (ohm/cm) -1
Ergime noktası
1975 0C
Statik dielektrik sabiti
8,656 F/m
Kırılma indeksi
2,008-2,029
Lineer genleşme katsayısı
a0: 6,5x10-6, c0: 3,0x10-6
Enerji bant aralığı
3,37 eV, direkt
Eksiton bağlanma enerjisi
60 eV
Elektron etkin kütlesi
0,24
Elektron mobilitesi (300 K)
200 cm2/Vs
Deşik etkin kütle
0,59
Deşik mobilitesi (300 K)
5-50 cm2/Vs
2.2.2. Kristal yapısı
Teorik olarak ZnO dört farklı kristal yapıya sahip olabilir. Bunlar kübik, çinko sülfür,
sezyum klorür ve hekzagonal yapılardır. Bunlar arasında hekzogonal yapı en yaygın
ve en kararlı ZnO kristal yapısıdır. Çinko sülfür yapıdaki ZnO sadece kübik yapılar
üzerinde istikrarlı bir büyüme yapar [36-38].
Oda sıcaklığında ZnO, kafes parametreleri a=3,25 Å ve c=5,12 Å ile bir altıgen
(hegzagonal) kristal yapıya sahiptir. ZnO’ in yapısı Şekil 2.1’de gösterildiği gibi Zn
ve O sırasıyla değişen tabakaları oluşturur. Anyon olan her bir O dört köşesinden
katyon
olan
Zn
ile
çevrilidir.
Hegzagonal
yapı
çinkosülfür
yapısı
ile
10
karşılaştırıldığında daha düşük iyoniklik gösterir [39]. Hegzagonal yapı üçgensel
olarak ard arda Zn ve O çiftleri gibi çift atomlu sıkı paketlenmiş (0001) düzlemler
içerir [40].
Şekil 2.1. ZnO altıgen (hegzagonal) yapısı [57]
Zn-O bağı güçlü iyonik bağa sahiptir. Ancak tetrahedral koordinasyonda sp3
kovalent bağ özelliği gösterir ve böylece ZnO yapısı bir kovalent ve iyonik bileşik
olarak olarak sınıflandırılabilir [41].
Hegzagonal ZnO’nun en sık görülen 4 yüzeyi vardır; (0001)’le son bulan Zn ve O
(000 1) ’le son bulan kutup yüzeyleri (c-eksen odaklı), eşit sayıda Zn ve O atomlarını
birlikte içeren kutupsuz yüzeyler (1120) (a-ekseni) ve (10 10) yüzeyleri. Kutup
yüzeyleri farklı kimyasal ve fiziksel özelliklere sahiptir. (0001) düzlemi temeldir ve
O ile biten yüzey diğer üç yüzeyden biraz farklı bir elektronik yapıya sahiptir [42].
Ayrıca, (1120) yüzeyi daha az sabit ve çoğunlukla yüksek düzeyde pürüzlü yüzeye
sahipken kutup yüzeyleri ve (10 10) yüzeyi sabit bulunmaktadır. Bu karakterler ZnO
nano yapılarının büyüme sürecinde önemli bir rol oynamaktadır.
11
Şekil 2.2. Düzlemleri gösterilmiş hegzagonal ZnO yapısı
2.2.3. Elektronik bant yapısı
Yarıiletken teknolojisinde; yarıiletkenin bant yapısı, kullanılacağı uygulamalarda çok
kritik bir öneme sahiptir. Optik ölçümler ve bant yapı hesaplamaları yarıiletken
elektronik bant yapılarını anlamada birbirlerini tamamlayıcıdırlar [43].
Bugüne kadar, Green’in fonksiyonel methodu [44], Yerel Yoğunluk Yaklaşımı
(LDA) [52-53], GW Yaklaşımı (GWA) [54-55] ve ilk ilkeler (FP) [48-50] yaklaşımı
gibi karmaşıklık derecesi değişen birçok teorik yaklaşım, Wurtzite ZnO’nun bant
yapısını hesaplamak için kullanılmıştır. Ayrıca, Wurtzite ZnO’daki elektronik
durumların bant yapılarına ilişkin bir dizi deneysel çalışma da yayınlanmıştır [4347,51].
Teorik hesaplama yönüyle, ZnO’nun enerji bandı hakkında ilk hesaplamalar 1970’li
yıllarda yapılmıştır. 1969’da ilk defa, U. Rössler Green’in fonksiyonel metodu ile
relativistik kütle hızını ve Darwin düzeltmesini de içeren hexagonal Brillouin
alanının ana simetri eksenleri boyunca hexagonal ZnO için enerji bantlarını
hesaplamıştır [52]. Sonuçlar ZnO bant yapılarının ZnS bant yapısından farklı
olduğunu göstermiştir. ZnO enerji bant yapısını teorik olarak hesaplamak için LDA,
12
WPA ve FP gibi çok daha fazla yöntem geliştirildi [48-50,53]. Örnek olarak, D.
Vogel ZnO’nun elektronik bant yapısını hesaplamak için LDA metodunu daha da
geliştirmiştir [53]. D. Vogelin yaptığı çalışmalara uygun sonuçlar Şekil 2.3’te
gösterilmiştir. Bant yapısı, hexagonal Brillouin alanında yüksek simetri hatları
boyunca gösterilmektedir. Değerlik bandı maksimum ve en düşük iletim bandı
minimum, ZnO’nun bir yarıiletken doğrudan bant aralığı olduğunu gösteren Γ k=0
noktasında oluşur. Diğer yandan, standart LDA hesaplamalarından tespit edilen bant
aralığı Şekil 2.3’ün sol tarafında gösterildiği gibi sadece 3 eV dir.
Şekil 2.3. LDA metodu ile D. Vogelin yaptığı ZnO bant yapısı [53]
1970’lerin başında, D. W. Langer ve C. J. Vertely, ZnO’daki çekirdek elektronların
enerji seviyelerini belirlemek için uyarılmış X-ray fotoemisyon ölçümünü
kullanmışlardır [56]. 1971 yılında, R. A. Powel ve diğerleri, vakum içinde ayrılmış
altıgen ZnO üzerinde fotoemisyon ölçümlerini gerçekleştirmişlerdir [43]. Sonuçlar
Zn 3d çekirdek seviyesinin Rössler, Green’in fonksiyonel bant hesaplama
tahmininden ~3 eV düşük olan maksimum değerlik bandının altında, 7.5±0.2 eV da
13
yer aldığını göstermiştir [57]. Bu durum önceki X-ray fotoemisyon ölçümleri
sonuçları (7,6 eV) ile mükemmel bir uyum içindedir [56]. Daha sonra, 1974’te Ley
ve diğerleri, altıgen (hegzagonal) ZnO’yu da içeren 14 yarı iletkenin toplam değerlik
bandı X-ray fotoemisyon spekturumu (tayf) sunmuşlardır. Sonuçlar yarıiletkenlerin
toplam değerlik bant yapısını saptamada, bant yapısı hesaplamaları ile X-ray
fotoemisyon spektrum (tayf) kombinasyonunun güçlü bir yaklaşım sağladığını
kanıtlamıştır. Şimdiye kadar bazı gruplar ZnO’nun bant yapısını incelemek için yine
de X-ray fotoemisyon spektroskopisini kullanmışlardır.[45-47].
ZnO değerlik bandının kristal olan ve dönüş yörünge etkileşimi aracılığıyla deneysel
olarak, wurtzite simetrisi altında A, B ve C olarak isimlendirilmiş üç konuma
bölündüğünü bilmek de önemlidir. Bu bölünme Şekil 2.4’te şematik olarak
gösterilmektedir. A ve C alt bantları Γ7 takım simetrisi olarak bilinir, orta bant
süresince B, Γ9 simetrisine sahiptir. [58]. Bant aralığı ilişkide verilen 300 K’e kadar
sıcaklık bağımlılığına sahiptir.
Şekil 2.4. Band yapısı ve altıgen ZnO'nun simetrileri [58]
14
2.2.4. Optik özellikleri
ZnO enerji seviyeleri, görünür bölgede geniş bir ışık yayar [59]. ZnO optik
geçişlerini
incelemek
amacıyla
kullanılan;
yansıma,
geçirgenli,
soğurma,
fotolüminesans (FL), katotlüminesans (KL) ve spektroskopik elipsometri gibi birçok
deneysel teknik mevcuttur [60].
Şekil 2.5’de oda sıcaklığında ZnO yapısının tipik bir FL spektrumu gösterilmiştir.
Burada 380 nm de oluşan dar ve şiddetli pik ZnO yapısına ait FL pikidir. Bu pik bize
yasak bant aralığını belirlememize yardımcı olur. Buna göre ZnO yapısının yasak
bant aralığı 3.26 eV olarak elde edilir.
Şekil 2.5. Oda sıcaklığında ZnO için tipik bir PL karakteristiği
Işıma kusurlarından dolayı ZnO yapısının farklı dalga boyu emisyonları
araştrılmıştır. ZnO yapısının derin geniş bant emisyonu mor, mavi, yeşil, sarı ve
kırmızı renkli emisyonlar sergilemiştir [60].
15
2.2.5. Elektriksel özellikleri
ZnO yapısı oldukça yüksek bir yasak enerji bant aralığına (3,3 eV) sahiptir. Bu
durum düşük elektronik gürültü, yüksek sıcaklık ve yüksek güç gerektiren
uygulamalar için avantaj sağlar. ZnO yapısının bant aralığı, MnO ve CdO ile alaşım
yapılarak bir başka değere (3-4 eV) ayarlanabilir.
Şekil 2.6’da gösterildiği gibi ZnO yapısının elektron mobilitesi sıcaklıkla şiddetlice
değişir. 80 K’de yaklaşık 2000 cm2/(Vs) değerine ulaşır. Deşik mobilitesi çok düşük
olup 5-30 cm2/(Vs) aralığındadır. Kesikli çizgiler, farklı saçılma mekanizmalarından
toplam mobiliteye gelen katkıyı göstermektedir.
Şekil 2.6. ZnO’nun elektron mobilitesi şematik gösterimi [106]
ZnO yapısı herhangi bir katkılama olmasa bile n-tipi karakter sergiler. n-tipi
karakterin nedeni stokiyemetriden sapmalarla ilgilidir. III. grup elementlerini (Al,
Ga, In… gibi) katkılayarak, örgüde Zn atomlarının yerine bu atomların yerleşmesi ile
ya da örgüdeki O atomlarının yerine VII. grup elementlerinin (CI, I… gibi)
16
yerleşmesi ile n-tipi ZnO’in elektriksel iletkenliğini artırmak mümkündür. ZnO
yapıyı p-tipi katkılamak çok zordur. Bunun nedeni, p-tipi katkıların düşük
çözünürlükleri ve n-tipi safsızlıkların baskın hale gelmesidir.
p-tipi katkılamadaki sınırlamalar, ZnO yapısının optoelektronik ve elektronik
uygulamalarını sınırlandırır. Bilinen p-tipi katkılayıcılar, I. grup elementleri, Li, Na,
K; V. grup elemetleri N, P, As’nin yanı sıra, bakır ve gümüşü içermektedir. Buna
rağmen, bunların çoğu derin alıcıları oluşturur ve oda sıcaklığında kayda değer p-tipi
iletkenlik sağlamazlar.
ZnO yapısındaki kusurlar, elektriksel ve optiksel özellikleri önemli derecede
etkilerler. Bu kusurlar, örgüde bir atomun olması gereken yerde olmaması ile genelde
Zn ve O eksikliği ya da fazlalığı ile ortaya çıkarlar. Kusurların konsantrasyonu (N def)
Eş.2.1 formülü ile belirlenir.
N def  N site exp(
Ef
)
kbT
(2.1)
Burada Ef kusurların oluşması için gerekli enerji, kb Boltzman sabiti, T sıcaklık ve
Nsize mevcut yerlerde üretilen kusurların dağılımıdır. Bu denkleme göre küçük
oluşma enerjisi yüksek bir kusur konsantrasyonuna ve büyük oluşma enerjisi küçük
bir kusur konsantrasyonuna neden olur. Kusurlar için önemli bir nokta, oluşma
enerjileri yasak enerji aralığındaki fermi seviyesinin pozisyonuna ve kimyasal
potansiyele bağlıdır [61]. p-tipi katkı fermi enerjisinin düşmesine yol açar ve bu
yüzden yerel vericilerin oluşma enerjisi azalır. Bu sebeple fermi seviyesinin hareketi,
ZnO yapısının yasak enerji aralığında kısıtlanır ve bu ZnO yapısında katkılamanın
sınırlamasına neden olur. Bu olay kendi kendine karşılama olarak bilinir [62].
17
2.3. Yarıiletken p-n Eklem Yapıları
2.3.1. n-tipi yarıiletken
n-tipi yarıiletken elde etmek için yarıiletkenler verici atomları ile katkılanırlar.
Örneğin; periyodik tablonun IV. grubunda bulunan Ge elementine V. grup
atomlarından birinin (As, N, Sb gibi) uygun bir yöntemle katkılanmasıyla n-tip bir
yarıiletken elde edilebilir. Ge elementine büyütme sırasında As elementi
katkılanması bunun bir örneğidir. Bu durumda; As elementinde olan beş elektrondan
dördü, Ge elementinin dört valans elektronuyla kovalent bağ oluşturur. As
elementinin geriye kalan tek valans bandı elektronu bağ yapamaz. Fakat bu elektron
As atomuna çok zayıf bir elektriksel kuvvetle bağlı olduğundan; çok küçük bir
enerjiyle iyonlaştırılabilir. Bu durum elektronun kristal içinde serbest hareketine yol
açar. Böylece Ge atomu fazladan bir elektron kazanmış olur. Bundan dolayı As
atomuna verici (donor) atom denir.
Şekil 2.7. Enerji bant diyagramında verici enerji seviyesinin gösterimi
Yarıiletkenin içindeki verici atomlarının bulundukları enerji seviyelerine verici enerji
seviyesi denir ve Ed ile gösterilir. Ed ifadesi Eş.2.2’de görüldüğü gibi;
Ed = (1/εr)2 (me*/me) EH
(2.2)
18
ile tanımlanır. Burada; εr yarıiletkenin bağıl dielektrik sabiti, me* elektronun etkin
kütlesi, me elektronun kütlesi, EH ise hidrojenin iyonlaşma enerjisini ifade eder.
Verici enerji seviyesi iletkenlik bandına çok yakındır. Bu yakınlıktan dolayı bu
seviyedeki verici atomları, küçük bir enerji ile iletkenlik bandına geçirilebilirler.
Sonuç olarak iletkenlik bandında elektron sayısı artmasına rağmen, değerlik
bandında boşluklar oluşmaz. Bu şekilde elde edilen n-tipi yarıiletkende, çoğunluk
yük taşıyıcıları elektronların ve azınlık yük taşıyıcıları boşluklarındır. Elektronların,
elektrik iletimine katkısı boşluklardan daha fazladır [63].
2.3.2. p-tipi yarıiletken
P-tipi yarıiletken oluşturabilmek için IIIA gurubunda bulunan (Al, B, In) alıcı
(akseptör) atomlarla katkılama yapılır.
Örnek olarak Si atomuna büyütme esnasında B katkılaması verilebilir. Bu durumda
üç değerlik elektronuna sahip olan B atomu, dört değerlik atomuna sahip olan Si
atomunun üç elektronu ile kovalent bağ oluşturur. Si atomunun bağ yapmayan tek
elektronu, elektron göçünü artırır. Her katkı atomuna karşılık, değerlik bandında bir
boşluk oluşur.
Alıcı atomlarının yarıiletken içerisinde bulundukları enerji seviyesi alıcı enerji
seviyesi denir ve Ea ile gösterilir. Ea ifadesi Eş.2.3’de görüldüğü gibi;
Ea = (1/εr)2 (me*/me) EH
(2.3)
bağıntısı ile tanımlanır ve enerji bant diyagramı Şekil 2.7’deki gibi gösterilir. Burada;
εr yarıiletkenin bağıl dielektrik sabiti, mh* boşluğun etkin kütlesi, mh boşluğun
kütlesi, EH ise hidrojenin iyonlaşma enerjisini ifade eder.
19
Şekil 2.8. Enerji bant diyagramında alıcı seviyesinin gösterimi
Alıcı enerji seviyesi, valans bandına çok yakındır. Bu seviyede bulunan atomlar
bağlarını tamamlayabilmek için valans bandından elektron alırlar. Alıcı enerji
seviyesine geçen her elektron, valans bandında bir boşluk oluşturur. Ancak bu durum
iletkenlik bandındaki elektron sayısını arttırmaz.
Elde edilen p-tipi yarıiletkende, çoğunluk yük taşıyıcıları boşluklar ve azınlık yük
taşıyıcıları da elektronlardır. Bu durumda boşlukların elektrik iletkenliğine katkısı
elektronlardan daha fazladır [63].
Ayrıca p-tipi yarıiletkende fermi enerji seviyesi; yasak enerji aralığında bulunduğu
bölgeden kayarak, valans bandına yaklaşır. Bu kayma miktarı katkılanan atomun
yoğunluğu ile ilgilidir. Fermi enerji seviyesi Şekil 2.9’da gösterilmiştir.
20
Şekil 2.9. p-tipi bir yarıiletken için enerji bant diyagramında fermi enerji seviyesinin
gösterimi
2.3.3. p-n eklemi
Tüm yarıiletken düzeneklerin (diyot, transistör, güneş pili vs.) temel yapısı p-n
eklemlerdir. Güneş pillerinde oluşturulan p-n eklemlerde, p-tipi ve n-tipi
yarıiletkenlerin birleştiği yüzeyler büyük tutulmuştur. Bu ara yüzeylere düşen
fotonların enerjilerinin bir kısmı, yarıiletkendeki serbest elektronlarını hareket ettirir.
Bu durum sonucunda elektrik akımı üretilmiş olur [64]. Temel bir p-n eklem yapısı
Şekil 2.10’da gösterilmiştir.
Şekil 2.10. Temel p-n eklem yapısı
21
Saf yarıiletkenlerin; verici atomlarıyla katkılanması sonucu n-tipi yarıiletkenler, alıcı
atomlarıyla katkılanması sonucu da p-tipi yarıiletkenler elde edilir. Teorik olarak p-n
eklemi p-tipi bir yarıiletkenle n-tipi bir yarıiletkenin birleştirilmesinden oluşur.
Kristalin büyütülmesi sırasında p-tipi ve n-tipi bölgeleri arasında p-n eklemi
oluşturulur [65]. p-n eklemi, yarıiletkenin iletkenliğinin tip değiştirdiği bölge olarak
da düşünülebilir [66].
n ve p-tipi yarıiletkenlerin pn eklem oluşmadan önce enerji bant diyagramı Şekil
2.11’de gösterilmiştir. Fermi enerji düzeyi p-tipi yarıiletkende valans bandına
yakınken, n-tipi yarıiletkende iletim bandına yakındır. Bu yarıiletkenlerle bir p-n
eklemi oluşturulduğunda termal dengede fermi enerji seviyeleri iki türde de birbirine
eşit olmalıdır.
Şekil 2.11. a) p-n eklemi oluşmadan önce fermi enerji seviyeleri
b) p-n eklemi ve fermi enerjisi
c) tükenme bölgesinde yük dağılımı
d) tükenme bölgesindeki alan dağılımı
22
n-tipi yarıiletkende elektron fazlalığı, p-tipi yarıiletkende ise deşik fazlalığı
olduğundan, n ve p-tipi yarıiletken bir araya getirildiğinde taşıyıcı yoğunluğundaki
farklılık nedeniyle bir taşıyıcı difüzyonu oluşur. p tarafından n tarafına deşik
difüzyonu, n tarafından p tarafına da elektron difüzyonu gerçekleşir. n tarafından p
tarafına geçen elektronlar arkasında pozitif yüklü verici iyon bırakır, p tarafından n
tarafına geçen deşikler ise eksi yüklü alıcı iyon bırakır. Uzay yükü bölgesini
hareketsiz alıcı ve verici iyonlar oluştururlar. Bu yük sayesinde eklem bölgesinde artı
yüklü verici atomlardan eksi yüklü alıcı atomlara doğru bir elektrik alan oluşur [67].
Denge durumunda eklem boyunca, elektrik alanındaki taşıyıcıların sürüklenmesinden
kaynaklanan sürüklenme akımı nötrleştirilmelidir, yani net akım sıfır olmalıdır.
Jp(sürüklenme)+Jp(difüzyon)=0
(2.4)
Jn(sürüklenme)+Jp(difüzyon)=0
(2.5)
p-n eklemi termal dengedeyken eklemin iki ucu arasında elektrik alandan dolayı
oluşan potansiyel fark Eş.2.6’daki formül ile verilir;
V
p
kT
kT nn
ln( p ) 
ln( )
q
pn
q
np
(2.6)
Pp; p-tipi yarıiletkendeki çoğunluk taşıyıcılar
Np; p-tipi yarıiletkendeki azınlık taşıyıcılar
Dengede olan p-n eklemine dışarıdan bir potansiyel fark uygulandığında difüzyon
akımları ile sürüklenme akımları arasındaki denge bozulur [68].
23
2.3.4. p-n ekleminin iletkenliği
Akımın yalnızca bir doğrultuda iletilmesi p-n eklemin en belirgin özelliğidir. Fakat
çoğunluk yük taşıyıcılarının difüzyonu sonucu p-n eklem bölgesinde meydana gelen
iç elektrik alan, hareketli yükler için bir potansiyel engeli oluşturur. Bu yüzden bir
dış devre gerilimi uygulanarak, potansiyel engel ortadan kaldırılır ve eklemden akım
geçmesi sağlanır. p-n eklemine bir dış devre gerilimi uygulanması işlemine, p-n
ekleminin beslenmesi ya da kutuplandırılması denir. Bu işlem ileri yönde beslenmesi
ve ters yönde beslenmesi olarak iki şekilde yapılabilir [69].
p-n ekleminin ileri yönde beslenmesi
Bir dış voltaj kaynağının pozitif kutbu eklemin p-bölgesine; negatif kutbu da nbölgesine bağlanarak p-n ekleminin ileri yönde beslenmesi sağlanabilir. Bu durum
dış voltaj kaynağının p-tipi bölgeye hol, n tipi bölgeye elektron sağladığı düşünülür.
p-n eklem bölgesinde oluşan potansiyel engel, kaynak tarafından sağlanan bu yükler
ile alçaltılır. Bunun sonucu olarak, çoğunluk yük taşıyıcılarının difüzyonu kolaylaşır.
Difüzyon akımıyla sürüklenme akım arasındaki denge bozulur ve p-n ekleminden
Şekil 2.12’de gösterildiği gibi bir yönde akım geçer [69].
Şekil 2.12. İleri yönde beslenen bir p-n ekleminin şematik gösterimi
p-n ekleminin ileri doğru beslenmesi durumunda geçiş bölgesindeki potansiyel
engeli, qVd kadar azalır. Burada q elektronun yükü, Vd ise p-n eklemine bağlanan dış
24
voltaj kaynağının uçları arasındaki potansiyel farktır. İleri yönde beslenen bir p-n
ekleminin enerji bant diyagramı Şekil 2.13’de verilmiştir.
Şekil 2.13. İleri yönde beslenen bir p-n ekleminin enerji bant diyagramı
p-n ekleminin ters yönde beslenmesi
Bir dış voltaj kaynağının pozitif kutbu eklemin n-bölgesine; negatif kutbu ise
eklemin p-bölgesine bağlanarak bir p-n eklem ters yönde beslenebilir. p-n eklemin
ters yönde beslenmesi Şekil 2.14’de gösterilmiştir.
Şekil 2.14. Ters yönde beslenen bir p-n ekleminin şematik gösterimi
Ters yönde beslenen bir p-n ekleminin geçiş bölgesindeki potansiyel engel qVd kadar
artar. Çoğunluk yük taşıyıcılarının p-n eklem bölgesinden geçişi zorlaşırken, azınlık
yük taşıyıcıların geçişi kolaylaşır. Difüzyon akımıyla sürüklenme akımı arasındaki
25
denge bozulur. Yarıiletken içindeki azınlık yük taşıyıcılarından dolayı, mikroamper
seviyelerinde de olsa bir akım geçer. Bu akıma sızıntı akımı denir. Sızıntı akımı, p-n
eklemine uygulanan ters beslem gerilimi ve sıcaklıkla doğru orantılı değişir. Ters
yönde beslenen bir p-n eklem yapısının enerji bant diyagramı Şekil 2.15’de
gösterilmiştir [69].
Şekil 2.15. Ters yönde beslenen bir p-n ekleminin enerji bant diyagramı
p-n eklem bölgesindeki potansiyel engeli; ileri belsem durumunda çok küçük, ters
beslem durumunda ise çok yüksek olur. İleri beslem durumunda akım tek yönde
iletilir. Bu durumda p-n eklemi diyot gibi davranır. Ters yönde beslenen bir p-n
eklem I-V karakteristiği Şekil 2.16’da gösterildiği gibi olur [66].
Şekil 2.16. Ters yönde beslenen bir p-n ekleminin I-V karakteristiği
26
Ters yönde beslenen p-n eklemine, bir Vd dış gerilimi uygulandığında p-n
ekleminden geçen I akımı Eş.2.7’deki formül ile bulunur.
I  I 0 (eqVd
kT
 1)
(2.7)
bağıntısı ile verilir. Burada I0 ters akımın maksimum değeri, q elektron yükü, k
Boltzman sabiti ve T sıcaklıktır.
2.3.5. p-n ekleminde meydana gelen optik olaylar
Güneş pillerinde ışık enerjisinin elektrik enerjisine dönüşümü, p-n eklem
bölgesindeki optik olaylar sonucu gerçekleşir. Bu olaylar fotoiletkenlik ve
fotovoltaik olaydır. Işık altında kalan bir yarıiletkenin iletkenliğinin ve elektriksel
özelliklerinin değişmesine fotoiletkenlik denir. Yarıiletken üzerine gelen ışığın foton
enerjisi E yarıiletkenin yasak bant genişliği E g’ye eşit veya ondan büyük olduğunda
gözlenebilen bir olaydır [70].
p-n ekleminde gözlenen optik olaylardan ikincisi fotovoltaik olaydır. Yarıiletkene
düşen ışığın, yarıiletkende oluşturduğu foton enerjisi etkisiyle elektron-boşluk çifti
oluşturması olayına denir. Bu olay sonucu oluşan akıma fotoakım denir. Fotoakımın
elde edilebilmesi için bir p-n ekleminin ışık almasını sağlamak gerekir. p-n
ekleminden uzakta meydana gelen elektron-boşluk çiftleri, tekrar birleşerek yok
olurlar. Bunların fotoakıma bir katkısı olmaz [70].
2.4. Metal-Yarıiletken Kontaklar
Metal ve yarıiletken malzemeler kontak edildiğinde, metal ile yarıiletkenin Fermi
seviyeleri arasındaki farkın dengelenebilmesi için bantlarda bir miktar bükülme, yani
yük taşıyıcı geçişi (difüzyon) meydana gelir [71,73]. Elektronların metal-yarıiletken
eklem boyunca akışı, p-n eklemlerde meydana gelen yük transferine benzerdir. Bu
tipteki eklemler, “metal kontak” olarak adlandırılırlar [74].
27
Yarıiletkenlerde metal kontaklar devre elemanlarında kullanıldıkları için oldukça
önemlidir. Bu kontaklar ara yüzeye bağlı olarak Schottky engeli veya ohmik kontak
gibi davranırlar. I-V karakteristiği lineerlikten uzaksa Schottky kontak, lineer ise
ohmik kontak özelliği gösterirler.
Yarıiletken ile metal birleştirildiğinde, metal-yarıiletken ara yüzeyinde yüklerin
ayrışmasından dolayı bir potansiyel engel oluşur. Fermi enerji seviyeleri arasındaki
farkın dengelenmesi için bantlarda bükülme olur. Isıl denge durumuna gelene kadar
yani fermi enerji seviyeleri eşitlenen kadar hem metalden yarıiletkene hem de
yarıiletkenden metale doğru yük akışı olur [71].
2.4.1. Schottky ve Ohmik kontaklar
Metal-yarıiletken kontak; schottky ve ohmik kontak olmak üzere ikiye ayrılırlar.
Schottky kontakta iletkenliği sağlayan yük taşıyıcıları (holler ve elektronlar) bir
yönden diğerine rahatlıkla iletilebilir. Yani akım, doğru besleme ile çok iyi
iletilirken, ters beslemede hemen hemen hiç iletilemez. Ohmik kontaklarda ise yük
taşıyıcıları her yönde rahatlıkla iletilebilir. Kontağın schottky veya ohmik olmasını,
metal ile yarıiletkenin iş fonksiyonları belirler. İş fonksiyonu, bir elektronu fermi
enerji seviyesinden vakum seviyesine çıkarmak için gereken minimum enerji
miktarıdır. Fakat bu durum yarıiletkenler için değişken bir niceliktir. Fermi enerji
seviyesi, katkılanan verici ya da alıcı atomların miktarına göre değişir. Metalin iş
fonksiyonu m, yarıiletkenin iş fonksiyonu s'dir. Çizelge 2.3’de metalin iş
fonksiyonuna göre kontak yapısı verilmiştir.
Çizelge 2.3. Metal-Yarıiletken kontakların iş fonksiyonuna göre Schottky ve Ohmik
kontaklar
n-tipi
p-tipi
Kontak Tipi
m>s
m<s
Schottky
m<s
m>s
Ohmik
28
Metal-yarıiletken yüzeyinde yüklerin ayrışmasından dolayı oluşan potansiyel
engelin, o kontak hakkında elektriksel olarak ohmik ya da schottky karakterde
olduğu bilgisini verir [72].
n-tipi yarıiletken/metal ohmik kontak
Kontak alınmadan önce yarıiletkenin fermi enerji seviyesi metalin fermi
seviyesinden s-m kadar aşağıdadır (Şekil 2.17.a). Kontak oluştuğunda elektronlar
metalden yarıiletkene doğru akarlar. Isıl denge sağlanıncaya kadar elektron akımı
devam eder. Bunun sonunda kontağın metal tarafında pozitif yüzey yükleri
birikirken, yarıiletken tarafında negatif yükler birikir. Biriken bu zıt yükler bir dipol
tabakası oluşturur. Kontak haline gelmiş ve dengedeki n-tipi ohmik kontakta
metalden yarıiletkene ve yarıiletkenden metale kolayca yük akışı meydana gelir.
Kontaktan sonraki enerji bant diyagramı Şekil 2.17.b’de gösterilmiştir.
Ohmik kontağa bir voltaj uygulandığında bu potansiyel Schottky kontakta olduğu
gibi sadece kontak bölgesinde değil bütün yarıiletken boyunca dağılacaktır. Ohmik
kontak oluşturabilmek için n-tipi yarıiletkenin yüzeyine metal buharlaştırılır ve
yarıiletkenle alaşım haline gelmesi için belli bir sıcaklıkta tavlanır. Bunun sonucunda
yarıiletkenin yüzeyinde bir n+ tabakası oluşturulur. Bu oluşan tabaka yarıiletken ile
karşılaştırıldığında elektron bakımından daha zengindir [75].
29
Şekil 2.17. n-tipi yarıiletken/metal ohmik kontağın;
a) kontaktan önce,
b) kontaktan sonra ısıl denge ve
c) V≠0 durumundaki enerji bant diyagramları [105]
p-tipi yarıiletken/metal ohmik kontak
Kontak alınmadan önce metalin fermi enerji seviyesinden yarıiletkenin fermi
seviyesi m-s kadar farklıdır. Kontak yapıldıktan sonra elektronlar yarıiletkenden
metalin içine, geride pozitif bir yüzey bırakarak geçerler ve kontağın metal tarafında
negatif bir yüzey yüküne sebep olurlar. Yük alış-verişi tamamlandıktan sonra,
yarıiletkenin fermi seviyesi m- s kadar alçalarak metalin fermi seviyesi ile aynı
düzeye gelir. Hol yoğunluğunun artmasından dolayı yarıiletken yüzey p-tipi olur.
Böylece elektronlar metalden, yarıiletken içerisindeki boş durumlara kolayca
geçebilirler. Bu yük hareketi hollerin yarıiletkenden, metale doğru geçmesine neden
olur [76].
30
Isıl denge sağlandıktan sonra, kontağın her iki tarafında meydana gelen yüzey
yüklerinden dolayı bir dipol tabakası oluşur. Bu tip bir kontakta taşıyıcılar, metalden
yarıiletkene ve yarıiletkenden metale serbestçe geçer. Bir gerilim uygulandığında
oluşacak potansiyel fark sadece kontak bölgesinde değil bütün yarıiletken boyunca
dağılacaktır [77].
Şekil 2.18. p-tipi yarıiletken/metal ohmik kontağın;
a) kontaktan önce,
b) kontaktan sonra ısıl denge,
c) V≠0 durumundaki, enerji bant diyagramları [105]
31
3.
KULLANILAN
SİSTEMLERİ
KRİSTAL
BÜYÜTME
VE
KARAKTERİZASYON
Bu tez çalışmasında incelenen p-n eklem AZO yapıları Püskürtme sistemi ile
büyütüldü. Büyütülen numunelerin X-ışını kırınımı (XRD), fotolüminesans (FL) ve
atomik kuvvet mikroskobu (AKM) ölçümleri ile yapısal, optik ve morfolojik
özellikleri
karakterize
edildi.
Ayrıca
p-n
eklem
yapıların
fabrikasyonları
gerçekleştirilerek I-V karakteristikleri incelendi. Bu bölümde, çalışmamızda
kullanılan büyütme ve analiz yöntemleri, kullanım amacına yönelik olarak tanıtıldı.
3.1. Sputtering (Püskürtme) Sistemi
Bir vakum ortamında, Ar+ gibi reaktif olan iyonlar yüksek gerilim altında
hızlandırılarak hedef malzeme bombardıman edilir ve bombardıman sonucu
koparılan atomların, alttaş üzerine biriktirilmesi olayına püskürtme işlemi denir.
Şekil 3.1. Püskürtme yönteminin şematik gösterimi
Püskürtme sistemi, her tür alttaşa uygun hedef malzemesi seçilerek biriktirme işlemi
olanağı sağlar. Ayrıca sistemin düşük sıcaklıklarda biriktirme olanağı vermesi,
yapıların kristalografik özellik göstermesi ve oluşan yapının homojen olması
sistemin
avantajlarıdır.
Sistemin
çalışma
prosedürünün
yavaş
olması
ise
32
dezavantajları arasında gösterilebilir [16]. Şekil 3.1’de hedef malzemeden Ar+
iyonları hedefe çarpması ile bir molekülün kopması ve alttaş yüzeyine birikmesi
gösterilmiştir. Burada pembe renkte gösterilen alan Ar + iyonlarının oluşturduğu
plazma ortamıdır.
Püskürtme tekniğinde saçılmanın verimi (µ) hedef malzemeden kopan parçacık
sayısının hedefe çarpan iyon sayısına oranı olarak bilinir.
(3.1)
Saçtırma verimi bombardıman iyonlarının kütle numarasına, bombardıman
iyonlarının enerjisine gönderilen iyonların hedefe çarpma açısına, hedef malzemenin
cinsine ve ortamın sıcaklığına bağlıdır.
Resim 3.1. BESTEC magnetron püskürtme sistemi
Püskürtme tekniğinde verimi arttırmak için katot arasına mıknatıs yerleştirilir.
Katoda uygulanan gücün türüne göre DC veya RF olarak gruplandırılır. İletken olan
33
malzemeler DC Magnetron püskürtme, hem iletken hem yalıtkan olan malzemeler
ise RF Magnetron püskürtme tekniği ile biriktirilir. Gazi Üniversitesi Fotonik
Uygulama ve Araştırma Merkezinde bünyesinde bulunan Sputtering (püskürtme)
sisteminde; Resim 3.1’de görüldüğü üzere 3 DC güç kaynağı ve 2 RF güç kaynağı
mevcuttur [78].
3.2. X-Işını Kırınımı (XRD)
X-ışınları 1895 yılında Alman fizikçisi Wilhelm Röntgen tarafından keşfedilmiştir.
Bu ışınlar kısa dalga boylu elektromagnetik dalgalardır. X-ışınları, ivmeli yüksek
enerjili elektronların metal hedefteki atomlarla çarpışarak yavaşlamasıyla veya bu
çarpışmalarla atomların iç yörüngelerindeki elektronların elektronik geçişleriyle
oluşan kısa dalga boylu elektromagnetik ışınlardır. X-ışınlarının dalga boyu 0.1 A0
ile 100 Å aralığındadır.
Şekil 3.2. Bragg Yansıması şematiği
Kristalleşmiş materyallerin yapısal kalitesini göstermek için kırınım deneyleri,
kullanılan teknikler arasındadır. Kristallerin örgü parametrelerinin ölçülmesini
sağlayarak yapısal kusurlar hakkında bilgi edinmemizi sağlayan bu tekniklerin temeli
Bragg yasasına dayanır. Paralel düzlemler arası uzaklık d olan bir kristale
monokramatik X-ışınları kristalin paralel düzlemlerine θ açısı yaparak gelir. Kristale
giren X-ışınlarının kırılmadığı kabul edilirse, ışınlar atomların oluşturduğu
düzlemlerden tekrar θ açısı yaparak yansıyacaktır.
34
Yansıyan tüm X-ışınları eğer düzlemler arası mesafe dalga boyunun tam katları ise
yapıcı bir girişimle birleşecektir. Yansıma için geçerli şart Bragg yasası;
2d sinn
şeklinde yazılır [19-20].
XRD ölçüm sonuçlarında piklerin yüksekliğinin yarı genişliği (FWHM), pik
şiddetleri ve pik alanları literatürde yaygın olarak bilinen kristal kalitesini gösteren
özelliklerdir. FWHM değeri ne kadar küçük olursa, yapının kristal kalitesi o kadar iyi
olur [79].
Resim 3.2’de numunenin yapısal özelliklerinin analiz edilmesinde kullanılan APD
2000 PRO XRD cihazının resmi görülmektedir. Ölçümü yapılacak olan numune
tutucuya yerleştirilir. Ölçüme başlamadan önce yükseklik ayarı yapılır ve X-ışını
demeti numune yüzeyine paralel hale getirilir. Kaynakta oluşturulup numune üzerine
düşen X-ışınları kırınıma uğrayarak dedektör tarafından toplanır. Oluşan piklerin
spektrumu incelenen numune hakkında detaylı bilgi verir. Bu teknik ile herhangi bir
malzemenin,
 Kristal yapısı
 Kristalin örgü parametreleri
 Kusur (dislokasyon) yoğunluğu
 Alaşım oranı
gibi, bilgiler elde edebilir.
35
Resim 3.2. APD 2000 PRO XRD cihazının genel görünümü
3.3. Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM)
AKM tekniği, 1980’lerin başında Gerd Binnig ve Heinrich Rohrer tarafından IBM
Research Zürih’te geliştirilmiştir. Bu sistemin geliştirilmesi araştırmacılara 1986’da
Nobel Ödülü kazandırmıştır [80]. İlk ticari AKM 1989’da piyasaya sürülmüştür.
Şekil 3.3. AKM’nin çalışma prensibinin şematik gösterimi
36
Atomik kuvvet mikroskobu ile malzeme yüzeyi analizi yapılmaktadır. Cihaz, iğne ile
incelenen malzeme arasındaki kuvvet farklarını algılar. Yarıiletken teknolojisin de
yüzey pürüzlülüğü birçok ana problem (örneğin; kontak deformasyonu, ısı ve
elektrik akım iletkenliği) için önemlidir. Bu sebeple malzeme yüzeyinin pürüzlülüğü
uzun yıllardır deneysel araştırma konusu olmuştur [81]. AKM cihazının çalışma
prensibinin şematiği Şekil 3.3’de gösterilmiştir.
AKM tekniği,
 Yüzeyin görünümü ve yüzeyde bulunan moleküller arasındaki ilişkiler hakkında
bilgi veren yüzey topografisi,
 Maddeyi oluşturan parçacıkların büyüklükleri, şekli ve bu parçacıkların birbiriyle
etkileşmeleri ile bilgi veren yüzey morfolojisi,
 Aşınma, korozyon, pürüzlendirme, sürtünme, kaplama, elektriksel yük, nano
mekanik özellikler hakkında bilgi veren yüzey etkileşim özellikleri
hakkında bilgi edinebiliriz.
Resim 3.3. Cantilever ucu
AKM’de ölçüm alan iğne, silikon nitrürden yapılır ve buna bağlı olan nanometre
boyutunda eğrilik yarıçapına sahip olan sivri bir uçtan oluşur. Malzeme yüzeyini
taramak için bu sivri uç kullanılır. Resim 3.3’de AKM cihazının sivri ucunun
37
(Cantilever ucu) görüntüsü gösterilmiştir. Bu sivri ucun keskinliği arttıkça yatay
çözünürlükte artmaktadır.
İğne ve malzemenin yüzey atomları arasında atomik boyutlarda bir uzaklık
bulunmaktadır. İğne malzeme yüzeyinde hareket ettikçe atomlar arası potansiyeller
sebebiyle denge çubuğu aşağı ve yukarı doğru hareket eder. Böylelikle atomlar arası
potansiyel kuvvetlerin denge çubuğu tarafından ölçülmesi ile yüzey topografisi Å
seviyesinde ölçebilmektedir. Bazı durumlarda AKM tek bir atomun iki veya üç
boyutlu görüntüsünü alabilir [82].
Bu tez çalışmasında numunelerin yüzey görüntüleri ve özellikleri Resim 3.4’de
görülen AKM (Omicron-Veriable Temperature STM/AFM) cihazı elde edilmiştir.
Resim 3.4. Omicron-Variable Temperature AFM/STM sistemi
38
3.4. Fotolüminesans (FL)
Lüminesans uygulanan bir enerji ile uygulanan maddeden radyasyon yayılmasını
sağlamaktır. Lüminesans uyarılma esnasında kullanılan enerjinin kaynağına göre
sınıflandırılır. Uyarıcı enerji kaynağı olarak fotonların kullanılması ile gözlenen
lüminesans fotolüminesans olarak adlandırılır. Fotolüminesans ise kendi arasında
lüminesans olayının gerçekleşme süresinin uzunluğuna göre floresans ve fosforesans
olmak üzere ikiye ayrılır.
Fotolüminesans (FL) basit, çok yönlü ve numuneye zarar vermeyen bir ölçüm
yöntemidir. Basit bir lüminesans sistemi optik uyarma için bir ışık kaynağı, bir
spektrometre ve uygun bir dedektörden oluşur. FL ölçümleri, elektriksel uyarma
gerektirmediği için numune hazırlanması kolaydır [83].
FL sisteminin şematik gösterimi Şekil 3.4’de verilmiştir.
Şekil 3.4. FL ölçüm sisteminin şematik gösterimi
Fotolüminesansın çalışma prensibi, yarıiletkendeki atomların uyarılması ve tekrar
birleşmesine dayanır. Bir yarıiletken yüzeyine ışık düşürüldüğünde, gelen fotonun
enerjisi ile elektronlar, yasak enerji aralığını aşarak değerlik bandından iletim
bandına uyarılabilir ve ardında bir deşik (hole) bırakır. Yani ışığı absorplayan yapıda,
bir elektron-deşik çifti oluşur. Yarıiletken malzemelerde optik uyarılma ile yaratılan
elektron-deşik(hole) çiftleri tekrar birleşirken yani temel enerji durumlarına dönerken
39
kaybettikleri enerjiyi ışıma olarak yayarlar. Sonuçta foton oluşur ve bu fotonun
enerjisi yarıiletkenin bant aralığına eşittir [83].
FL tekniği ile,
 Band aralığı (yasak enerji aralığı) enerjisi: yarıiletkenlerdeki en yaygın ışımalı
geçiş, yarıiletkenin yasak enerji aralığına eşit olan iletkenlik ve valans bandındaki
haller arasındaki geçiştir.
 Kirlilik (safsızlık) seviyeleri ve kusurlarının belirlenmesi: Yarıiletkenlerdeki
ışımalı geçişler lokalize olmuş kusur seviyelerini kapsarlar. Bu seviyelere karşılık
gelen fotolüminesans enerjisi belirli kusurları tanımlamak için kullanılabilir.
 Rekombinasyon mekanizmaları: Elektronların denge haline döndükleri zaman,
hem ışımalı hem de ışımasız geçişler olabilir. FL pikinin şiddeti ve bunun fotouyarılma seviyesine ve sıcaklığa bağlılığı baskın rekombinasyon işlemi ile doğru
orantılıdır.
 Malzemenin kalitesi: Bir FL spektrumunun şiddeti ve çizgi genişliği (FWHM)
malzemenin kalitesini gösterir. Ayrıca kusurlarla ilgili piklerin varlığı epitaksiyel
tabakadaki kusurların varlığının göstergesidir.
bu özellikler belirlenebilir [84].
40
Resim 3.5. Horibe Jobin Yvon Fluorolog-3 sistemi
Bu tez çalışmasında filmlerin optik özellikleri için fotolüminesans ölçümleri Resim
3.5’de gösterilen Horiba Jobin Yvon Fluorolog-3 sistemi kullanılarak yapıldı.
Üretilen yarıiletken ince filmler 325 nm dalga boyuna sahip He-Cd lazer ile
uyarılarak, oda sıcaklığında (300 K) fotolüminesans ölçümleri yapılmıştır.
3.5. Akım-Voltaj (I-V) Ölçüm Sistemi
Bu tez kapsamında I-V ölçümleri karanlık ve aydınlık (AM1,5-1 Güneş) altında,
Gazi FOTONİK bünyesinde bulunan Resim 3.6’da gösterilen Keithley 4200 sistemi
ile gerçekleştirildi.
41
Resim 3.6. I-V ölçüm sistemi
Numuneye uygulanan farklı gerilimler altında akım, kapasitans ve kondüktans
ölçümleri ile materyalin dielektrik özellikleri, enerji band aralığı, ara yüzey
durumların sayısı, I0 doyma akımı, bariyer yüksekliği, taşıyıcı yoğunluğu (kalınlığa
bağlı), iletkenlik, özdirenç, idealite faktörü (n), seri direnç gibi birçok fiziksel
parametreleri
hesaplanabilmektedir.
Işık altında ve karanlık
ortamda
I-V
karakteristikleri ölçülebilmektedir. Ölçüm sonucunda elde edilen veriler ile akımgerilim grafiği çizilerek numunenin elektriksel özellikleri belirlenebilmektedir.
Numune tutucuya ve ölçüm istasyonu I-V yapılacak örneğin kontak bağlamaları için
ölçüm istasyonunda dört ayrı test bağlantı teli ve altın kaplama uçlu bacakları olan
yaylı pimler (numuneye zarar vermeyecek şekilde) bulunmaktadır. Bu yaylı pimler
Resim 3.6’da görülmektedir. Ölçüm istasyonu elektriksel olarak her türlü kaynaktan
izole edilmiştir ve gürültüden minimum miktarda etkilenir. Ayrıca ölçüm istasyonu
farklı sayıda ve boyuttaki test hücrelerinin yerleşimi için ayarlanabilmekte olup
birden çok sayıda numune ölçülebilmektedir.
42
4. YAPILARIN BÜYÜTÜLMESİ, KARAKTERİZASYONLARI: BULGULAR
ve TARTIŞMA
Bu tez çalışmasında, Al:ZnO (AZO) ince filmler püskürtme tekniği ile kaplanarak
yapısal, optik ve elektriksel özellikleri incelendi. Bu araştırmalar için püskürtme
yöntemi ile büyütülen üç adet AZO/Si (S1-S3), üç adet AZO/GaAs (G1-G3) ve üç
adet AZO/Ge (T1-T3) p-n eklem yapıları kullanıldı. Bu numunelerin kaplanması
aşağıda ayrıntılı olarak verildi. Numunelerin yapısal, optik ve elektriksel özellikleri,
yüksek çözünürlüklü X-ışını kırınımı (XRD), fotolüminesans (FL), atomik kuvvet
mikroskobu (AKM) ve akım-voltaj (I-V) ölçümleri değerlendirilerek belirlendi.
4.1. Yapılarının Büyütülmesi
Bu tez çalışması kapsamında farklı alttaşlara (p-Si, p-GaAs ve p-Ge) ve farklı
kalınlıklara (1000, 2000 ve 3000 Å) sahip olan AZO numuneleri, fotovoltaik
duyarlılıklarının incelenmesi amacıyla üretilmiştir.
AZO ince filmlerinin üretimi üç ana başlık altında toplanabilir:
a. Arka ohmik kontaklarının elde edilmesi
b. AZO ince filmlerin kaplanması
c. Ön ohmik kontaklarının elde edilmesi
a.
Arka ohmik kontaklarının elde edilmesi
AZO ince filmlerinin üretimine, p-Si, p-GaAs ve p-Ge alttaşların üzerine yapılacak
arka ohmik kontakların elde edilmesi amacıyla fabrikasyon işlemlerine geçildi.
Litografi ve metalizasyon işlemlerini içeren ve aşağıda detaylıca anlatılan
fabrikasyon süreçleri, tüm alttaşlar için uygulandı.
 Fabrikasyona alttaşların, 12 mm x 12 mm’lik üçer parça halinde kesilmesiyle
başlandı.
43
 Daha sonra alttaşlar, alkol ile yıkanarak azot ile kurutuldu.
 Alttaşların arka yüzeylerine AZ5214E fotorezisti (PR), Spin Coater cihazı ile
5000 rpm dönme hızında 40 s döndürülerek kaplandı.
 PR kaplama işlemi ardından numuneler ısıtıcı tabla ile 115 C’de 45 saniye
süreyle tavlandı.
 PR kaplaması ve tavlaması tamamlanan numunelere Şekil 4.1’de verilen maske
kullanılarak, Karl-Suss marka maske hizalama sistemi ile UV pozlama işlemi, sıkı
kontak-8 saniye olarak uygulandı.
Şekil 4.1. Arka ohmik kontak için kullanılan foto-maske görüntüsü
Pozlama işlemi sonunda UV ışığa maruz bırakılan PR bölgeleri developer adı verilen
çözelti içinde çözülebilir hale gelmektedir. Çözme işlemi için AZ5214E fotorezistini
çözebilen AZ400K çözeltisi kullanılmaktadır.
 Çözme işlemi için AZ400K ile de-iyonize su (DI) 1:4 oranında (1 AZ400K:4
H2O) karıştırıldı.
 Alltaşlar, developer çözeltisi içinde 27 saniye bekletilerek önceden UV ışığa
maruz bırakılmış olan PR alanlarının çözünüp, arka yüzeyde metal kaplanacak
kare alanların oluşması sağlandı.
 Ardından numuneler hemen de-iyonize suda durulandı ve kuru azot ile kurutuldu.
 Fotorezist kalınlığı yüzey profilometresi ile ölçüldü ve PR kalınlığının yaklaşık
1300 nm olduğu gözlendi.
44
 Buharlaştırma yöntemiyle, alttaşların arka yüzeyine Au metali üçerli gruplar
halinde kaplandı ve metalizasyon parametreleri Çizelge 4.1’de verildi.
Çizelge 4.1. Arka ohmik kontak metalizasyon parametreleri
Alttaş
Kaplama Şartları
p-Si
p-GaAs
p-Ge
Alttaş Sıcaklığı (oC)
22
22
22
Taban Basıncı (mbar)
1.6 x 10-7
1.4 x 10-7
1.3 x 10-7
Kaplama Basıncı (mbar)
4.1 x 10-3
4.0 x 10-3
4.2 x 10-3
Au Kaplama Oranı (Å/s)
7.2
7.2
7.2
Au Kaplama Kalınlığı (Å)
1500
1500
1500
Metalizasyon işlemleri bittikten sonra, metallerin dışındaki fotorezistin kaldırılması
için numuneler aseton içinde bir gün bekletildi. Fotorezist kaldırma işleminden
sonra, optik mikroskop altında yapılan incelemeler sonucu metalizasyon işlemlerinin
başarıyla gerçekleştiği görüldü.
Numunelerin
arka
yüzey
metalizasyonu
ve
fotorezist
kaldırma
işlemleri
tamamladıktan sonra, RTA cihazında, Çizelge 4.2’de parametreleri verilen tavlama
işlemleri yapıldı.
Çizelge 4.2. Arka ohmik kontak tavlama parametreleri
Alttaş
Ortam Basıncı
(mbar)
Tavlama Sıcaklığı
(oC)
Tavlama Süresi
(s)
p-Si
6.1 x 10-7
375
60
p-GaAs
6.4 x 10-7
375
60
-7
375
60
p-Ge
6.3 x 10
45
b. AZO ince filmlerin kaplanması
Geniş bant aralığı nedeniyle ZnO çok tercih edilen bir materyaldir. Bu özelliğinden
dolayı gaz sensörleri, piezoelektrik aygıtlar ve güneş hücre uygulamaları gibi
alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır [85,86].
AZO ince filmleri birçok metot kullanılarak büyütülebilir, temelde ve yaygın olarak
kullanılan RF magnetron püskürtme yöntemidir. Magnetron püskürtme tekniğinin
yaygın olarak kullanılmasının nedeni, düşük sıcaklıkta biriktirme imkanı vermesi ve
maliyetinin diğer metotlara göre daha düşük olmasıdır. Ayrıca, vakum buharlaşma,
reaktif buharlaşma, metal organik kimyasal buhar biriktirme teknikleri de
kullanılmaktadır [87,88].
Şekil 4.2. Üretilen AZO yapılarının şematik gösterimi
Şekil 4.2’de şematik gösterimi verilen AZO yapılarının, Al katkılı ince filmler p-tipi
Si, p-tipi GaAs ve p-tipi Ge alttaşlar üzerine RF Magnetron püskürtme tekniği ile
kaplandı. İnce filmlerin kaplanması için %2 oranında Al2O3 katkılanmış % 99.99
saflıkta ZnO hedef (target) kullanıldı. Kaplama işleminden önce alttaşlar, alkol ile
yıkandı ve azot ile kurutuldu. Daha sonra farklı alttaşlar üçerli gruplar halinde, üç
farklı numune tutucuya yerleştirilerek, yükleme odasında bulunan kasetliğe yüklendi.
Biriktirme işleminden önce kaplamanın yapılacağı ortam 2.1 x 10-7 mbar basınca
kadar vakumlandı. Üç adet farklı alttaş içeren numune tutucularından bir tanesi
kaplamanın yapılacağı odaya transfer edildi. Kaplama işlemi boyunca basınç 4.2 x
10-3 mbar civarında tutulurken, alttaşlar üzerine AZO ince filmleri 1000 Å olarak
kaplandı. Kaplama kalınlığının tayini, “kalınlık ölçer (thicknessmeter)” ile yapıldı.
Benzer işlemler, 2000 ve 3000 Å kalınlıklı AZO ince filmlerin üretimi için de
46
uygulandı. Böylece, Çizelge 4.3'de şartları sunulan, AZO ince filmlerin kaplaması
tamamlandı.
Çizelge 4.3. Numunelerin kaplama şartları
Alttaş
p-Si
p-GaAs
p-Ge
Numune Adı
ZnO kalınlığı (Å)
S1
S2
S3
G1
G2
G3
1000
2000
3000
1000
2000
3000
T1
1000
T2
T3
2000
3000
Alttaş Sıcaklığı (C)
Ar/O2 Oranı
200
90/10
c. Ön ohmik kontaklarının elde edilmesi
AZO ince filmlerin kaplanmasından sonra, numuneler üzerine yapılacak ön ohmik
kontakların elde edilmesi amacıyla fabrikasyon işlemlerine geçildi. Litografi ve
metalizasyon işlemlerini içeren ve aşağıda detaylıca anlatılan fabrikasyon süreçleri,
üretilen tüm numuneler için uygulandı.
 Numuneler önce aseton sonra alkol ile temizlendi.
 Daha sonra numunelerin yüzeyine AZ5214E fotorezisti (PR), Spin Coater cihazı
ile 4200 rpm dönme hızında 50 s döndürülerek kaplandı.
 PR kaplama işlemi ardından numuneler ısıtıcı tabla ile 110 C’de 50 saniye
süreyle tavlandı.
 PR kaplaması ve tavlaması tamamlanan numunelere uygun maskeler kullanılarak,
Karl-Suss marka maske hizalama sistemi ile UV pozlama işlemi, sıkı kontak-10
saniye olarak uygulandı.
UV pozlama işleminde kullanılan foto-maske görüntüsü aşağıdaki Şekil 4.3’de
verildi.
47
Şekil 4.3. Noktasal kontak alanlarının belirlenmesi için kullanılan foto-maske
görüntüsü
Pozlama işlemi sonunda UV ışığa maruz bırakılan PR bölgeleri developer adı verilen
çözelti içinde çözülebilir hale gelmektedir. Çözme işlemi için AZ5214E fotorezistini
çözebilen AZ400K çözeltisi kullanılmaktadır.
 Çözme işlemi için AZ400K ile de-iyonize su (DI) 1:4 oranında (1 AZ400K:4
H2O) karıştırıldı.
 Numuneler developer çözeltisi içinde 27 saniye bekletilerek önceden UV ışığa
maruz bırakılmış olan PR alanlarının çözünüp gitmesi sağlandı.
 Bu işlem sonunda numuneler üzerinde içleri metal ile doldurulmaya hazır
açıklıklar oluşturuldu.
 Ardından numuneler hemen de-iyonize suda durulandı ve kuru azot ile kurutuldu.
 Fotorezist kalınlığı yüzey profilometresi ile ölçüldü ve Şekil. 4.4’de görüldüğü
üzere, PR kalınlığının yaklaşık 1570 nm olduğu gözlendi.
48
Şekil 4.4. PR kalınlığını gösteren profilometre grafiği
 Buharlaştırma yöntemiyle, alttaşların ön yüzeyine önce Ti ve hemen üzerine Au
metali üçerli gruplar halinde kaplandı ve metalizasyon parametreleri Çizelge
4.4’de verildi.
Çizelge 4.4. Ön ohmik kontak metalizasyon parametreleri
Numuneler
S1-S2-S3
G1-G2-G3
T1-T2-T3
Alttaş Sıcaklığı (oC)
22
22
22
Taban Basıncı (mbar)
1.8 x 10-7
1.2 x 10-7
1.6 x 10-7
Kaplama Basıncı (mbar)
4.4 x 10-3
4.7 x 10-3
4.5 x 10-3
Ti Kaplama Oranı (Å/s)
4.3
4.3
4.2
Ti Kaplama Kalınlığı (Å)
300
300
300
Au Kaplama Oranı (Å/s)
3.7
3.7
3.7
Au Kaplama Kalınlığı (Å)
1000
1000
1000
Toplam Kaplama Kalınlığı (Å)
1300
1300
1300
49
Metalizasyon işlemleri bittikten sonra, metallerin dışındaki fotorezistin kaldırılması
için numuneler aseton içinde bir gün bekletildi. Fotorezist kaldırma işleminden
sonra, optik mikroskop altında yapılan incelemeler sonucu metalizasyon işlemlerinin
başarıyla gerçekleştiği görüldü.
Numunelerin ön yüzey metalizasyonu ve fotorezist kaldırma işlemleri tamamladıktan
sonra, RTA cihazında, Çizelge 4.5’de parametreleri verilen tavlama işlemleri yapıldı.
Bütün bu işlemler sonucunda, numunelerin üretimleri tamamlanmış oldu.
Çizelge 4.5. Ön ohmik kontak tavlama parametreleri
Numunler
Ortam Basıncı
(mbar)
Tavlama Sıcaklığı
(oC)
Tavlama Süresi
(s)
S1-S2-S3
5.4 x 10-7
330
60
G1-G2-G3
5.6 x 10
-7
330
60
T1-T2-T3
5.8 x 10-7
330
60
4.2. Yapıların Karakterizasyonu
Magnetron püskürtme yöntemi ile büyütülen AZO/Si,
AZO/GaAs ve AZO/Ge
numunelerinin yapısal, optiksel ve elektriksel özellikleri XRD, FL, AKM ve I-V
ölçümleri değerlendirilerek belirlendi.
4.2.1. X-ışını kırınımı analizleri
Numunelerin X-ışını kırınım desenleri APD 2000 PRO X-ışını kırınım cihazı
kullanılarak alındı. Kırınım desenlerindeki piklerin pik pozisyonları ve pik yarı
genişlik (FWHM) değerleri kullanılarak, düzlemler arası uzaklık (d), örgü
parametresi (c), parçacık boyutu (D), zorlama (microstrain) (Ɛ) ve dislokasyon (çizgi
kusuru) yoğunluğu (δ) değerleri hesaplanarak yapısal analizleri gerçekleştirildi.
ZnO kristali hezagonal yapıdadır ve birim hücresi a ve c örgü parametresi ile
karakterize edilen hekzagonal yapılı bir kristal için düzlemler arasındaki uzaklık ve
50
örgü parametresi arasındaki ilişki;
1 4  h 2  hk  k 2  l 2

  c2
d 2 3 
a2

(4.1)
Şeklindedir [89]. Burada h, k ve l miller indisleridir. Bu eşitlik ve Eş.3.2'de
tanımlanan Bragg Yasası ifadesinden yararlanılarak örgü sabitleri hesaplanabilir.
Örgü parametrelerinin hesaplanmasında iki yaklaşım uygulanabilir. Birinci yaklaşım
hk 0 tipi yansımalardan yararlanılarak a örgü sabitinin bulunmasıdır. l  0 için Eş.
4.1 ve Eş.3.2 kullanıldığında
sin 2  
2 4

h2  hk  k 2  


4a  3

2
(4.2)
eşitliği elde edilir ve bu eşitlikten a örgü sabiti
a

h 2  hk  k 2
3 sin 
(4.3)
ifadesi ile verilir. İkinci olarak 00l tipi yansımalar kullanılarak


2  l2  2 2
sin   2 
 2l
2
2
4a
 
 c a 
4c
(4.4)
eşitliği ve buradan da c örgü sabiti
c

2sin 
l
şeklinde elde edilir [89].
(4.5)
51
p-n eklem yapıları fotovoltaik aygıtları oluşturmakta kullanıldığı zaman yüzey
alanının hücre verimine etkisi gündeme gelmektedir. Elektro-optik aygıtlarda yüzey
alanının düşük olması avantaj iken, fotovoltaik aygıtlarda yüzey alanının azalması ise
foto-akımın azalmasına yol açtığı için dezavantajdır. Parçacık boyutu büyüdükçe
yüzey alanı arttığı için parçacık boyutlarının belirlenmesi önemlidir. Bu amaç ile
AZO filmlerden üretilen fotovoltaik yapının parçacık boyutları
0,9.
B cos 
D
(4.6)
ile verilen Scherrer denklemi yardımı ile hesaplanabilir [90]. Burada B ve  sırasıyla,
kırınım pikinin pik yarı genişliği ve pik pozisyonudur.
Ayrıca, yapılarda dislokasyon yoğunluğunun ve zorlamanın fazla olması bu
yapılardan üretilecek olan aygıtların performansını olumsuz yönde etkilemektedir.
Büyütülen yapılarda dislokasyon yoğunluğu (δ) ve zorlama (Ɛ) değerleri

n
, n 1
D2
(4.7)
 
 1
 
 B
 D cos 
 tan 
(4.8)
ifadeler ile hesaplanabilir [68].
Şekil 4.5.a’da püskürtme sistemi ile (100) yönelimli Si alttaşlar üzerine biriktirilen
S1, S2 ve S3 AZO yapılarının XRD kırınım desenleri verildi. Biriktirilen yapıların
XRD kırınım desenleri incelendiğinde ZnO'in hegzagonal yapıdaki (002) ve (004)
düzlemlerinden
kaynaklanan
piklerin
oluştuğu
görüldü.
(002)
ve
(004)
düzlemlerinden gelen yansımalardan kaynaklanan piklerin sırasıyla yaklaşık 34 ve
72'de olduğu ve bu pik pozisyonu değerlerinin literatür ile uyumlu olduğu görüldü
[91].
52
Şekil 4.5. S1, S2 ve S3 numunelerinin
a) tüm kırınım pikleri
b) ZnO (002) kırınım piki
53
Şekil 4.6. G1, G2 ve G3 numunelerinin
a) tüm kırınım pikleri
b) ZnO (002) kırınım piki
Püskürtme sistemi ile (110) yönelimli GaAs alttaşlar üzerine biriktirilen G1, G2 ve
G3 AZO yapılarının XRD kırınım desenleri Şekil 4.6.a’da verildi. Bu şekilde ZnO'in
hegzagonal yapıdaki yaklaşık 34'de (002) ve 72'de (004) düzlemlerinden
kaynaklanan piklerin oluştuğu görüldü ve bu pik pozisyonu değerlerinin literatür ile
uyumlu olduğu görüldü [91].
54
Şekil 4.7. T1, T2 ve T3 numunelerinin
a) tüm kırınım pikleri
b) ZnO (002) kırınım piki
(100) yönelimli Ge alttaşlar üzerine biriktirilen T1, T2 ve T3 AZO yapılarının XRD
kırınım desenleri Şekil 4.7.a’da verildi. Hegzagonal yapıdaki ZnO'in c yöneliminde
yaklaşık 34'de (002) ve 72'de (004) düzlemlerinden kaynaklanan piklerinin
oluştuğu görüldü ve bu pik pozisyonu değerlerinin literatür ile uyumlu olduğu
görüldü [92].
Şekil 4.5.a, 4.6.a ve 4.7.a incelendiğinde ZnO yapısının c düzlemi yönünde
büyüdüğü görüldü [93]. Şekil 4.5.b, 4.6.b ve 4.6.b'de numunelerin ZnO (002)
piklerine ait kırınım desenleri verildi. Bu desenlerden elde edilen pik pozisyonu ve
pik yarı genişlik değerleri (FWHM) Çizelge 4.6'de verildi. AZO filmlerin kalınlığı
arttıkça ZnO (002) pik şiddetinin arttığı ve FWHM değerinin azaldığı gözlemlendi.
Bu durum AZO film kalınlığının artması ile yapının kristal kalitesinin arttığını
gösterdi [93].
55
Çizelge 4.6. AZO ince filmlerin yapısal parametreleri
Numune
S1
S2
S3
G1
G2
G3
T1
T2
T3
2θ(o)
34,274
34,617
34,551
34,151
34,639
34,523
34,322
34,508
34,533
Numunelerin
(002)
B(o)
0,405
0,317
0,249
0,380
0,269
0,266
0,396
0,317
0,239
d(Å)
2,614
2,589
2,594
2,623
2,587
2,596
2,611
2,597
2,595
piklerinin
pik
c(Å)
5,228
5,178
5,188
5,247
5,175
5,192
5,221
5,194
5,190
D(nm)
20,498
26,249
33,314
21,854
30,874
31,317
20,981
26,269
34,699
pozisyonları
ve
δ (x1011cm-2)
2,379
1,451
0,901
2,094
1,049
1,019
2,271
1,449
0,830
FWHM
Ɛ (10-3)
2,551
1,973
1,557
2,401
1,676
1,658
2,488
1,977
1,496
değerlerinden
yaralanılarak d düzlemler arası uzaklık, c örgü sabiti, parçacık boyutu, dislokasyon
yoğunluğu ve zorlama değerleri hesaplandı ve Çizelge 4.6'da verildi. Hesaplanan
düzlemler arası uzaklık ve örgü parametresi değerlerinin literatür ile uyumlu olduğu
görüldü [92]. Numune kalınlığının artması ile parçacık boyutunun arttığı gözlendi ve
dolayısıyla fotovoltaik aygıtlar için önemli olan yüzey alanının arttığı görüldü.
Ayrıca, artan kalınlık ile birlikte parçacık boyutunun artmasının ince filmlerde daha
iyi bir kristalleşme sağladığı şeklinde yorumlandı [94]. AZO film kalınlığı arttıkça
dislokasyon yoğunluğu ve zorlama değerlerinin azaldığı görüldü. Bu azalmanın
kristal kalitesini olumlu yönde etkilediği düşünülmektedir.
4.2.2. Fotolüminesans (FL) analizleri
Oda sıcaklığında gerçekleştirilen fotolüminesans (FL) ölçümlerinde, optik uyarma
kaynağı olarak 50 mW gücünde, 325 nm dalgaboylu He-Cd lazer olan, Horiba Jobin
Yvon marka Fluorolog-3 fotolüminesans spektrometresi kullanıldı.
Numunelerin 350-900 nm dalgaboyu aralığında kaydedilen fotolüminesans
spektrumlarında, mor ötesi (UV) ve görünür (VIS) bölgeleri kapsayan geniş emisyon
pikleri gözlemlendi. ZnO filmlerin kusur durumlarının ve eksitonik enerji transfer
mekanizmasının şematik bir gösterimi Şekil 4.8’de verildi.
56
Şekil 4.8. ZnO filminin enerji transfer mekanizması [104]
AZO filmlerin oda sıcaklığında ölçülen fotolüminesans emisyon spektrumları ve
yapılan Gaussian fitler, dalga boyuna bağlı olarak Şekil 4.9’da verildi. FL
spektrumlarında UV ve VIS bölgeleri olmak üzere iki farklı emisyon bölgesi
bulundu. Tüm örneklerde iletkenlik bandı ile valans bandı arasındaki geçişlerden
kaynaklanan ana emisyon piki yaklaşık 3.3 eV civarında görüldü. AZO filminin
yakın bant kenarı emisyonuna (NBE) katkıda bulunur. Bu UV emisyon foton ile
üretilen yüklü taşıyıcıların yeniden birleşmesinden türetilmiştir. İkinci geniş emisyon
bölgeleri (kusur seviye emisyonları ile ilgili) mavi-kırmızı bölgelerde gözlendi.
Yaklaşık 3-3.03 eV ve 2.4-2.54 eV civarındaki pikler yeşil-mavi dalga bandı ile
ilişkilidir. 3.03 eV civarına yerleşen mavi emisyon çinko ile zengin numunelerde
gözlenen zinc interstitial, örgüde fazlalık durumun söz konusu olduğu durum,
kusurları ile ilgilidir [95,96]. Bu emisyonlar Zn interstitialden valans bandına
geçişler nedeniyledir [97]. Zn interstitialin donor (verici) merkezi olarak davrandığı
tahmin edildi [98]. Oksijen boşluklarının sebep olduğu derin seviye emisyonları
(DLE) olarak bilinen yeşil emisyon ise 2.4-2.54 eV civarında gözlendi [99]. Diğer
pikler ise yine kusur seviyelerinden geçişlerden kaynaklanmaktadır.
57
Şekil 4.9. Numunelerin oda sıcaklığında FL spektrumları: (a) S1, (b) S2 , (c) S3, (d)
G1, (e) G2, (f) G3, (g) T1, (h) T2 ve (ı) T3 [Burada siyah çizgi ile
gösterilen eğriler deneysel ölçümü, kırmızı çizgiler ile gösterilen eğriler
Gaussian fitleri ve kırmızı nokta ile gösterilen eğriler toplam Gaussian
fitini göstermektedir].
58
4.2.3. Atomik kuvvet mikroskobu (AKM) analizleri
Numunelerin yüzey karakterizasyonları; Gazi Üniversitesi Fotonik Uygulama ve
Araştırma Merkezi’nde bulunan AKM (Omicron-Veriable Temperature STM/AFM)
cihazı kullanılarak gerçekleştirildi. Ölçümler, vakum ortamında alındı. Yüzey
görüntüleri 5μm2’lik alan taranarak incelendi. Yüzey morfolojisindeki değişim;
yüzey pürüzlülüğünü değerlendirmede kullanılan en önemli parametrelerden birisi
olan RMS “Root Mean Square” parametresinin ölçülmesi ile belirlendi. Bütün
numunelerin yüzey pürüzlülükleri nanometre skalasında olmakla beraber, kalınlık
arttıkça RMS değerleri de artmıştır. Bu durum yüzey üzerindeki partiküllerin
büyümesi ile sertleşen yüzeyin bir göstergesidir. Aşağıda numunelerin 5μm2’lik
alanlardaki yüzey görüntüleri ve RMS değerleri detaylı olarak verilmektedir.
Si alttaşlar üzerine sırasıyla 1000, 2000 ve 3000 Å kalınlıklarda kaplanan S1, S2 ve
S3 numunelerinin 5μm2’lik alandaki yüzey görüntüleri Şekil 4.10’da sunuldu.
Kalınlığa bağlı olarak incelenen yüzey görüntülerinden, RMS değerleri 1000, 2000
ve 3000 Å kalınlıklarda sırasıyla 1.95 nm, 2.24 nm ve 2.62 nm olarak ölçülmüştür.
Bu değerler, ZnO kaplamalarında elde edilen yüzey pürüzlülüğü değerleri
mertebesindedir [100]. Bunun yanı sıra, yüzeyler oldukça homojendir.
GaAs alttaşlar üzerine sırasıyla 1000, 2000 ve 3000 Å kalınlıklarda kaplanan G1, G2
ve G3 numunelerinin 5μm2’lik alandaki yüzey görüntüleri Şekil 4.11’de sunuldu.
Kalınlığa bağlı olarak incelenen yüzey görüntülerinden, RMS değerleri 1000, 2000
ve 3000 Å kalınlıklarda sırasıyla 2.45 nm, 3.76 nm ve 9.42 nm olarak ölçülmüştür.
RMS değerinde Si yüzey üzerine kaplamalardakine benzer şekilde numune
kalınlığının artması ile birlikte bir artış gözlenmiştir Kalınlığın artması ile birlikte
RMS değerinde gözlenen artış beklenen bir sonuçtur.
Ge alttaşlar üzerine sırasıyla 1000, 2000 ve 3000 Å kalınlıklarda kaplanan T1, T2 ve
T3 numunelerinin 5μm2’lik alandaki yüzey görüntüleri Şekil 4.12’de sunuldu.
Kalınlığa bağlı olarak incelenen yüzey görüntülerinden, RMS değerleri 1000, 2000
ve 3000 Å kalınlıklarda sırasıyla 2.56 nm, 3.48 nm ve 6.09 nm olarak ölçüldü.
59
Önceki her iki yüzey (Si ve GaAs) üzerinde kaplamalarda olduğu gibi RMS
değerinde numune kalınlığının artması ile birlikte artış gözlenmiştir. Ge üzerine
kaplanan numunelerin yüzeyleri de Si ve GaAs yüzey üzerine kaplananlar gibi
oldukça homojendir.
60
Şekil 4.10. Si alttaşlar üzerine farklı film kalınlıklarında
a) 1000 Å
b) 2000 Å
c) 3000 Å kaplanan numunelerin yüzey görüntüleri
61
Şekil 4.11. GaAs alttaşlar üzerine farklı film kalınlıklarında
a) 1000 Å
b) 2000 Å
c) 3000 Å kaplanan numunelerin yüzey görüntüleri
62
Şekil 4.12. Ge alttaşlar üzerine farklı film kalınlıklarında
a) 1000 Å
b) 2000 Å
c) 3000 Å kaplanan numunelerin yüzey görüntüleri
63
4.2.4. I-V analizleri
Fabrikasyon işlemleri tamamlanan ve elektriksel karakterizasyon için hazırlanmış
AZO numunelerinin karanlıktaki ve ışık altındaki akım – gerilim (I – V) ölçümleri,
Keithley 4200 ölçüm sistemi ve Oriel AAA Solar Simülatörü kullanılarak yapıldı.
AZO numunelerinin I-V ölçümlerinden elde edilen veriler kullanılarak, Şekil 4.13,
4.14 ve 4.15’de verilen I-V grafikleri çizildi.
1x10-3
Akım (A)
0
-1x10-3
-2x10-3
S1 - Karanlık
S1 - Aydınlık
S2 - Karanlık
S2 - Aydınlık
S3 - Karanlık
S3 - Aydınlık
-3x10-3
-4x10-3
0,00
0,05
0,10
0,15
Gerilim (V)
Şekil 4.13. AZO/p-Si numunelerinin I-V grafiği
0,20
0,25
0,30
64
500x10-6
Akım (A)
0
-500x10-6
G1 - Karanlık
G1 - Aydınlık
G2 - Karanlık
G2 - Aydınlık
G3 - Karanlık
G3 - Aydınlık
-1x10-3
-2x10-3
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
Gerilim (V)
Şekil 4.14. AZO/p-GaAs numunelerinin I-V grafiği
50x10-6
Akım (A)
0
-50x10-6
T1 - Karanlık
T1 - Aydınlık
T2 - Karanlık
T2 - Aydınlık
T3 - Karanlık
T3 - Aydınlık
-100x10-6
-150x10-6
0,0000
0,0002
0,0004
0,0006
Gerilim (V)
Şekil 4.15. AZO/p-Ge numunelerinin I-V grafiği
0,0008
0,0010
65
I-V grafiklerinde de görüleceği üzere, AZO filmlerinin kalınlığı arttıkça,
numunelerin ışığa duyarlılıkları artmaktadır. Benzer şekilde HRXRD sonuçları
incelendiğinde (Çizelge 4.6) AZO filmlerinin tanecik boyutları, artan AZO film
kalınlığı ile artmaktadır. Böylelikle, literatürde çeşitli çalışmalarda da belirtildiği
üzere, tanecik boyutlarının artmasıyla, numunelerin ışığa duyarlılıklarının arttığı
söylenebilir [101].
Bu tez çalışması kapsamında üretilen numunelerin AFM ölçümleri incelendiğinde,
AZO film kalınlıklarının artması ile numunelerin RMS değerlerinin de artığı
görülmüştür. Bu duruma paralel olarak, AZO film kalınlıklarının artması ile ışığa
duyarlılıklarının arttığı gözlenmiştir. Benzer şekilde, güncel cihazların fotovoltaik
özellikleri üzerine yüzey pürüzlülüğünün etkisi ile ilgili çalışmalar yapılmış ve artan
RMS değerine bağlı olarak ışığa duyarlılığın artığı deneysel olarak ortaya
koyulmuştur [102,103]. Ayrıca yapılan ışığa kaşı duyarlılık ölçümleri, Si üzerine
oluşturulan AZO filmli hücre yapısının, daha iyi fotovoltaik özellik gösterdiği
belirlendi. Bu hücre yapısına ait yarı logaritmik I-V grafiği Şekil 4.16’da verildi.
66
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0,100000
Gerilim (V)
0,010000
0,001000
0
0,25
0,5
0,75
1
0,00500
0,000100
0,000010
0,00050
S1 Karanlık
S1 Aydınlık
S2 Karanlık
S2 Aydınlık
S3 Karanlık
S3 Aydınlık
0,00005
0,000001
Akım (A)
Şekil 4.16. Si üzerine kaplanan AZO filmli hücrelerin yarı logaritmik I-V grafiği
Ancak yapılan bu çalışma, bu hükmü sağlamlaştıracak derinliğe ulaşmamıştır. Her
bir yapıda fotovoltaik dönüşüm verimliliği oldukça düşük düzeydedir. Bununla
birlikte
fotovoltaik
hücre
geliştirmede
kullanılabilirliklerinin,
iyileştirilebilmesine bağlı olduğu düşünülmektedir.
bu
yapıların
67
5. SONUÇLAR
Bu tez çalışmasında Püskürtme (Sputtering) tekniği ile p-n eklem oluşturmak amacı
ile p-tipi Si, GaAs ve Ge alttaşlar üzerine farklı kalınlıklarda n-tipi ZnO yarıiletken
katmanlarının iyi kalitede kaplanması başarıldı. Numunelerin yapısal, optik ve
elektriksel özellikleri, yüksek çözünürlüklü X-ışını kırınımı (XRD), fotolüminesans
(FL), atomik kuvvet mikroskobu (AKM) ve fabrikasyon işlemlerinin yapılması ile
akım-voltaj (I-V) ölçümleri değerlendirilerek belirlendi.
Numunelerin X-ışını kırınım desenleri incelendiğinde ZnO'in hegzagonal yapıdaki
(002) ve (004) düzlemlerinden kaynaklanan piklerin oluştuğu görüldü ve bu pik
pozisyonu değerlerinin literatür ile uyumlu olduğu görüldü. Kırınım desenlerindeki
piklerin pik pozisyonları ve pik yarı genişlik değerleri kullanılarak, düzlemler arası
uzaklık, örgü parametresi, parçacık boyutu, zorlama ve dislokasyon (çizgi kusuru)
yoğunluğu değerlerinin hesaplanması ile yapısal analizleri gerçekleştirildi. AZO
filmlerin kalınlığı arttıkça ZnO (002) pik şiddetinin arttığı ve FWHM değerinin
azaldığı gözlemlendi. Bu durum AZO film kalınlığının artması ile yapının kristal
kalitesinin arttığı şeklinde yorumlandı.
Numunelerin (002) piklerinin pik
pozisyonları ve FWHM değerlerinden yaralanılarak hesaplanan düzlemler arası
uzaklık ve örgü parametresi değerlerinin literatür ile uyumlu olduğu görüldü.
Numune kalınlığının artması ile parçacık boyutunun arttığı gözlendi ve dolayısıyla
fotovoltaik aygıtlar için önemli olan yüzey alanının arttığı görüldü. Ayrıca, artan
kalınlık ile birlikte parçacık boyutunun artmasının ince filmlerde daha iyi bir
kristalleşme sağladığı şeklinde yorumlandı. AZO film kalınlığı arttıkça dislokasyon
yoğunluğu ve zorlama değerlerinin azaldığı görüldü. Bu azalmanın kristal kalitesini
olumlu yönde etkilediği düşünülmektedir.
AZO filmlerin oda sıcaklığında ölçülen fotolüminesans emisyon spektrumları
incelendiğinde tüm örneklerde iletkenlik bandı ile valans bandı arasındaki
geçişlerden kaynaklanan ana emisyon piki yaklaşık 3.3 eV civarında görüldü. AZO
filminin yakın bant kenarı emisyonuna (NBE) katkıda bulunur. Bu UV emisyon
foton ile üretilen yüklü taşıyıcıların yeniden birleşmesinden türetilmiştir. İkinci geniş
68
emisyon bölgeleri (kusur seviye emisyonları ile ilgili) mavi-kırmızı bölgelerde
gözlendi. Yaklaşık 3-3.03 eV ve 2.4-2.54 eV civarındaki pikler yeşil-mavi dalga
bandı ile ilişkilidir. 3.03 eV civarına yerleşen mavi emisyon çinkoca zengin
numunelerde gözlenen çinko interstitial, örgüde fazlalık durumun söz konusu olduğu
durum, kusurları ile ilgilidir. Bu emisyonlar Zn interstitialden valans bandına geçişler
nedeniyledir. Zn interstitialin donor (verici) merkezi olarak davrandığı tahmin edildi.
Oksijen boşluklarının sebep olduğu derin seviye emisyonları (DLE) olarak bilinen
yeşil emisyon ise 2.4-2.54 eV civarında gözlendi. Diğer pikler ise yine kusur
seviyelerinden geçişlerden kaynaklandığı düşünülmektedir.
Numunelerin oda sıcaklığında ve vakum ortamında yapılan ölçümler sonucunda
yüzey karakterizasyonları belirlendi. 5μm2’lik alan taranarak alınan yüzey
görüntüleri incelendiğinde RMS değerlerinin numune kalınlığının artması ile arttığı
gözlendi. Bu durum yüzey üzerindeki partiküllerin büyümesi ile sertleşen yüzeyin bir
göstergesidir. RMS değerlerinde numune kalınlığının artması ile meydana gelen bu
artışın literatür ile uyumlu olduğu görüldü. Ayrıca literatür incelendiğinde RMS
değerinin artması ile tanecik büyüklüğünün arttığı gözlenmiştir. Bu durum XRD
analizleri ile elde edilen tanecik büyüklüğünün artması sonucu ile uyumludur.
Fabrikasyon işlemleri tamamlanan ve elektriksel karakterizasyon için hazırlanmış
AZO numunelerinin karanlıktaki ve ışık altındaki akım-gerilim ölçümleri sonucunda,
AZO filmlerinin kalınlığının artması ile ışığa duyarlılıklarının arttığı gözlendi. XRD
sonuçları incelendiğinde AZO filmlerinin tanecik boyutları, artan AZO film kalınlığı
ile artmaktadır. Böylelikle, literatürde çeşitli çalışmalarda da belirtildiği üzere,
tanecik boyutlarının artmasıyla, numunelerin ışığa duyarlılıklarının arttığı şeklinde
yorumlandı. Ayrıca numunelerin AKM ölçümleri incelendiğinde, AZO film
kalınlıklarının artması ile numunelerin RMS değerlerinin de artığı görülmüştür. Bu
duruma paralel olarak, AZO film kalınlıklarının artması ile ışığa duyarlılıklarının
arttığı gözlenmiştir. Benzer şekilde, güncel cihazların fotovoltaik özellikleri üzerine
yüzey pürüzlülüğünün etkisi ile ilgili çalışmalar yapılmış ve artan RMS değerine
bağlı olarak ışığa duyarlılığın arttığı deneysel olarak ortaya koyulmuştur.
69
Bu çalışmada p-tipi Si, GaAs ve Ge alttaşları üzerine Al:ZnO ince filmleri
büyütülerek p-n eklem oluşturuldu ve fiziksel karakterleri belirlenerek fotovoltaik
özellikleri belirlendi. Elde edilen sonuçlar, film oluşturma ve fabrikasyon
süreçlerinin geliştirilmesi ile bu tür oksit tabanlı yarıiletken yapıların fotovoltaik
hücre, LED gibi opto-elektronik aygıt üretiminde kullanılabilir nitelikte olduğunu;
yapılan tez çalışmasının bu alanda geliştirilecek çalışmaların gelişimine katkılar
sağlayacağı düşünülmektedir.
70
KAYNAKLAR
1. Bal, H., “Püskürtme yöntemiyle elde edilen In2O3’ün elektriksel özellikleri”,
Yüksek Lisans Tezi, Anadolu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, 115 (2006).
2. Özbas, Ö., “Spray-pyrolsis yöntemiyle elde edilen CdSxSe1-x filmlerin bazı
fiziksel özellikleri”, Doktora Tezi, Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, Eskişehir, 14-48 (1993).
3. Çağlar, M., “Püskürtme yöntemiyle elde edilen In katkılı ZnO filmlerin DC ve
optik özellikleri”, Doktora Tezi, Anadolu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,
Eskişehir, (2002).
4. Jin, B. J., Im, S., Lee, S. Y., “Violet and UV luminescence emitted from ZnO
thinfilms grown on sapphire by pulsed laser deposition”, Thin Solid Films, 366:
107-110 (2000).
5. Liu, Y., Gorla, C. R., Liang, S., Emanetoğlu, N., Lu, Y., Shen, H., Wraback, M.,
“Ultraviolet detectors based on epitaxial ZnO films grown by MOCVD”, J.
Electron. Matter, 29(1): 69-74 (2000).
6. Kamalasanan, M. N., Chandra, S., “Sol-gel synthesis of ZnO thinfilms”, Thin
Solid Films, 288: 112-115 (1996).
7. Oktik, S., Russell, G. J., Brinkman, A. W., “Properties of ZnO Layers Deposited
by photo-assisted Spray Pyrolysis”, Journal of Crystal Growth, 159: 195-199
(1996).
8. Messaouidi, C., Sayah, D., Lefdil, M. A., “Transparent Conducting Undoped and
Indıum Doped Zınc Oxıde Fılm Prepared by Spray Pyrolysis”, Phys. Stat. Sol.,
151: 93-97 (1995).
9. Nag, B. R., “Electron transport in compound semiconductors”, Springer-verlag,
Berlin, Germany, (1980).
10. Jain, M., “Physics of Semiconductors Devices”, Wiley International Edition,
New York, (1981).
11. Ma, D. W., Ye, Z. Z., Huang, J. Y., Zhu, L. P., Zhao, B. H., He, J. H., “Effect of
Post-Annealing Treatments on the Properties of ZnxCd1-xO Films on Glass
Substrates”, Materials Science and Engineering B, 111: 9-13 (2004).
12. Hong, R., Huang, J., He, H. H., Fan Z., Shao, J., “Influence of different posttreatments on the structure and optical properties of zinc oxide thin films”,
Applied Surface Science, 242: 346-352 (2005).
71
13. Cui, M. L., Wu, X. M., Zhuge, L. J., Meng, Y. D., “Effects of annealing
temparature on the structure and photoluminescence properties of ZnO films”,
Vacuum, 81: 899-903 (2007).
14. ChienLee, Y., YaoHu, Sh., Water, W., KauTiong, K., Chuan Feng, Z.,
TingChen, Y., ChingHuang, J., WeiLee, J., Chih Huang, Ch., LaiShen, L.,
HongCheng, M., “Rapid thermal annealing effects on the structural ond optical
properties of ZnO films deposited on Si substrts”, Journal of Luminescence,
129: 148-152 (2009).
15. Tozlu, N., “ZnO Tabanlı Yarıiletkenlerde Metal Kontak Özelliklerinin
Araştırılması”, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, Adana, 1-75 (2011).
16. Tüzemen, Ş. E., “ZnO İnce Filmlerin Eldesi ve Aygıt Üretimi İçin
Parametrelerin Optimizasyonu”, Doktara Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen
Bilimleri Enstitüsü, Adana, 1-208 (2007).
17. Iwata, K., Tampo, H., Yamada, A., Fons, P., Matsubara, K., Sakurai, K.,
Ishizuka, S., Niki, S., “ Growth of ZnO and Device Applications”, Applied
Surface Science, 244: 504-510 (2005).
18. Look, D. C., Reynolds, D. C., Hemskı, J. W., Jones, R. L., Sızelove, J. R.,
“Production and annealing of irradiation damage in ZnO”, Appl. Phys. Lett., 75:
811 (1999).
19. Polyakov, A. Y., Smirnow, N. B., Govorkov, A. V., Kozhukhova, E. A., Vdovin
V. I., K.Ip, M. E., Overberg, Heo, Y. W., Norton, D. P., Pearton, S. J., Zavada, J.
M., Dravin V. A., “Proton implantation effects on electrical and recombination
properties of undoped ZnO”, J. Appl. Phys., 94: 2895 (2003).
20. Kuchevev, S. O., Wıllıams, J. S., Jagadish, C., Zou, J., Evans, C., Nelson, A. J.,
Hamza, A. V., “Ion-beam-produced structural defects in ZnO”, Phys. Rev. B,
67: (2003).
21. Soki, T., Hatanaka, Y., Look, D. C., “ZnO diode fabricated by excimer-laser
doping”, Appl. Phys. Lett., 76: 3257 (2000).
22. Varadan, V. K., Varadan, V. V., Subramanian, H., “Fabrication,
Characterization
and
Testing
of
Wireless
MEMS-IDT
based
Microaccelerometers”, Sens. Actuators A, 90: 7-19 (2001).
23. Ried, R. P., Kim, E. S., Hong, D. M., Muller, R. S., “Piezoelectric microphone
with on chip CMOS circuits”, J. Microelectromech. Syst., 2(3): 111-120 (1993).
24. Lee, S. S., White, R. M., “Piezoelectric cantilever voltage-to-frequency
converter”, Sens. Actuators A, 71: 153-157 (1998).
72
25. Fahrenbruch, A. L., “ II-VI Compounds in Solar Conversion”, J. Crystal
Growth, 39: 73-91 (1977).
26. Tozlu, N., Kavak, H. “ZnO Tabanlı Yarıiletkenlerde Metal Kontak
Özelliklerinin Araştırılması”, Ç.Ü. Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi,
29(2): 130-138 (2013).
27. Alnaimi, S. M., and AL-Dileamy, M. N., “Determination of the Optical
Constants of Cadmium Stannate (Cd2SnO4) Films”, International Journal of
Pure and Applied Physics, 3(1): 30-39 (2007).
28. Özgür, U., Allivov, Y., Liu, C., Teke, A., Reshchikov, M. A., Doğan, S.,
Avrutin, V., Cho, S. J., Morkoçd, H., “A comprehensive review of ZnO
materials and devices”, Journal of Applied Physıcs, 98: 041301 (2005).
29. Gunasekaran, M., Gopalakrishnan, R., Ramasamy, P., “Deposition and optical
properties of nano crystalline ZnS thin Films by a chemical method”, Materials
Letters, 58: 67-70 (2003).
30. Arnold L. Allenic, “Electrical And Optical Properties of p type ZnO Epitaxial
Films”, Doktora Tezi, Materials Science and Engineering in The University of
Michigan, Michigan, 16-19 (2008).
31. Özkan, M., “Termodinamik Vakum Ark Tekniği ile II-VI Grubu Bazı
Yarıiletken Bileşiklerin İnce Filmlerinin Üretilmesi ve Bazı Fiziksel
Özelliklerinin İncelenmesi”, Doktora Tezi, Osmangazi Üniversitesi Fen
Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, 17 (2010).
32. Tüzemen, S., Gür, E., “Principal issues in producing new ultraviolet light
emitters based on transparent semiconducter zinc oxide”, Optical Materials,
30(2): 292-310 (2007).
33. Fan, Z., Jia, G., “Physical Properties of ZnO Nanostructures”, Zinc Oxide
Nanostructures: Synthesis and Properties, University of California, USA, 8-19
(2005).
34. Singh, S., Thiyagarajan, P., Kant, K. M., Anita, D., Thirupathiah, S., Rama, N.,
Tiwari, B., Kottaisamyand, M., Rao, M. S. R., “Micro structure and physical
properties of ZnO based materials in various forms: Bulk, thin film and nano, J.
Phys. D: Appl. Phys, 40(20): 6312-6327 (2007).
35. Pearton, S. J., Norton, D. P., Ip, K., Heo, Y. W., Steiner T., “Recent progress in
processing and properties of ZnO”, Progress in Material Science 50: 293-340
(2005).
73
36. Kim, S. K., Jeong, S. Y., Cho C. R., “Structural reconstruction of hexagonal to
cubic ZnO films on Pt/Ti/SiO2/Si subsrate by annealing”, Applied Physics
Letters, 82(4): 562-564 (2003).
37. Kogure, T., Bando, Y., “Formation of ZnO nanocrystallites on ZnS Surfaces by
electron Beam irradiation”, Journal of Electron Microscopy, 47(2): 135-141
(1998).
38. Ashrafi, A.B.M.A., Ueta, A., Avramescu, A., Kumano, H., et al., “Growth and
characterization of hypothetical zinc-blende ZnO films on GaAs(001) subsrates
with ZnS buffer layers”, Applied Physics Letters, 76(5): 550-552 (2000).
39. Bergstresser, T. K., Cohen, M. L., “Electronic structure and optical properties of
hexagonal CdSe, CdS and ZnS”, Physıcal Revıev, 164(3): 1069-1080 (1967).
40. Kara, K., “Atmalı filtreli katodik vakum ark depolama yöntemi ile p-tipi ZnO
üretimi ve yapısal özellikleri”, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova Üniversitesi Fen
Bilimleri Enstitüsü, Adana, 1-66 (2008).
41. Coleman, V. A., Jagadish, C., Chennupati, J., Stephen, P., “Basic Properties and
Applications of ZnO, in Zinc Oxide Bulk, Thin Films and nanostructures”,
Elsevier Science Ltd., Oxford, 1-20 (2006).
42. Dulub, O., Boatner L.A., Diebold, U., “STM study of the geometric and
electronic structure of ZnO (0001)-Zn, (000 1) -O, (10 10) , and
(1120) surfaces”, Surface Science, 519(3): 201-217 (2002).
43. Powell, R. A., Spicer, W. E., McMenamin, J. C., “Location of the Zn 3d states in
ZnO” Phys. Rev. Lett., 27: 97-100 (1971).
44. Rössler, U., “Energy bands of hexagonal II-VI semiconductors” Phys. Rev., 184:
733-738 (1969).
45. Dong, C. L., Persson, C., Vayssieres, L., Augustsson, A., Schmitt, T., Mattesini,
M., Ahuja, R., Chang, C. L., Guo, J. H., “Electronic structure of nanostructured
ZnO from x-ray absorption and emission spectroscopy and the local density
approximation” Phys. Rev. B, 70: 195325 (2004).
46. Preston, A. R. H., Ruck, B. J., Piper, L. F. J., DeMasi, A., Smith, K. E., Schleife,
A., Fuchs, F., Bechstedt, F., Chai, J., Durbin, S. M., “Band structure of ZnO
from resonant x-ray emission spectroscopy”, Phys. Rev. B., 78: 155114 (2008).
47. King, P. D. C., Veal, T. D., Schleife, A., Zuñiga-Perez, J., Martel, B., Jefferson,
P. H., Fuchs, F., Muñoz-Sanjose, V., Bechstedt, F., McConville, C. F.,
“Valence-band electronic structure of CdO, ZnO, and MgO from X-ray
74
photoemission spectroscopy and quasi-particle-corrected density-functional
theory calculations”, Phys. Rev. B., 79: 205205 (2009).
48. Xu, Y. N., Ching, W. Y., “Electronic, optical, and structural properties of some
wurtzite crystals” Phys. Rev B., 48: 4335 -4351(1993).
49. Schröer, P., Krüger, P., Pollmann, J., “First-principles calculation of the
electronic structure of the wurtzite semiconductors ZnO and ZnS” Phys. Rev B.,
47: 6971-6980 (1993).
50. Schleife, A., Fuchs, F., Furthmüller, J., Bechstedt, F., “First-principles study of
ground- and excited-state properties of MgO, ZnO, and CdO polymorphs” Phys.
Rev B., 73: 245212 (2006).
51. Ley, L., Pollak, R. A., McFeely, F. R., Kowalczyk, S. P., Shirley, D. A., “Total
valence-band densities of states of III-V and II-VI compounds from x-ray
photoemission spectroscopy” Phys. Rev B., 9: 600-621 (1974).
52. Bloom, S., Ortenburger, I., “Pseudopotential band structure of ZnO” Phys. Stat.
Sol., 58: 561-566 (1973).
53. Vogel, D., Krüger, P., Pollmann, J., “Ab initio eletronic-structure calculations
for II-VI semiconductors using self-interaction-corrected pseudopotentials”
Phys. Rev B., 52: 14316-14319 (1995).
54. Oshikiri, M., Aryasetiawan, F., “Band gaps and quasiparticle energy calculations
on ZnO, ZnS, and ZnSe in the zinc-blende structure by the GW approximation”
Phys. Rev B., 60: 10754-10757 (1999).
55. Usuda, M., Hamada, N., Kotani, T., Schilfgaarde, M., “All-electron GW
calculation based on the LAPW method: application to wurtzite ZnO”, Phys.
Rev B., 66: 125101 (2002).
56. Langer, D.W., Vesely, C. J., “Electronic Core Levels of Zinc Chalcogenides”
Phys. Rev., 2: 4885-4892 (1970).
57. Yang, L. L., “Synthesis and Characterization of ZnO Nanostructures”, Doktara
Tezi, Linköping University Department of Science and Technology,
Norrköping, 13-16 (2010).
58. Meyer, B. K., Alves, H., Hofmann, D. M., Kriegseis, W., Forster, D., Bertram,
F., Christen, J., Hoffmann, A., Straburg, M., Dworzak, M., Haboeck, U., Rodina,
A. V., “Bound exciton and donor-acceptor pair recombinations in ZnO” Phys.
Stat. Sol., 24: 231-260 (2004).
59. Klingshirn, C., “Of Chemical Physics and Physical Chemıstry”., Wıley-Vch
Verlag GmbH, 8: 782 (2007).
75
60. Willander, M., Nur, O., Zhao, Q. X., Yang, L. L., Lorenz, M., Cao, B. Q., Pérez,
Z. J., Czekalla, C., Zimmermann, G., Grundmann, M., Bakin, A., Behrends, A.,
Al-Suleiman M., El-Shaer, A., Mofor, C. A., Postels, B., Waag, A., Boukos, N.,
Travlos, A., Kwack, H. S., Guinard, J., Le Si Dang, D., , “Zinc oxide nanorod
based photonic devices: recent progress in growth, light emitting diodes and
lasers” Nanotechnology, 20: 332001 (2009).
61. Zhang, S. B., Northrup, J. E., “Chemical potential dependence of defect
formation energies in GaAs: Application to Ga self-diffusion”, Physical Review
Letters 67: 2339-2342 (1991).
62. Walukiewicz, W., “Intrinsic limitations to the doping of wide-gap
semiconductors”, Physica B: Condensed Matter, 302: 123-134 (2001).
63. Kittel, C., Katıhal Fiziğine Giriş, Güven Kitap Yayın Dağıtım Ltd. Şti., 434
(1996).
64. Batman, A., “Elektrik Üretimi İçin Güneş Pillerinin Kullanımında Verimi
Arttırıcı Yeni Bir Dönem”, Doktora Tezi, İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, 104,
(2001).
65. Köse, S., “Yarıiletken Güneş Pilleri ve Verimlilikleri”, Yüksek Lisans Tezi,
Anadolu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 78, (1986).
66. Oral, M., “Güneş Pilleri”, İzmir İlker Matbaası, 59, (1979).
67. Sze, S. M., “Physics of Semiconductor”, Wiley, New Jersey, (1969).
68. Başer, G., “a-Si:H/c-Si Heteroeklemlerinin Elektronik ve Optik Özelliklerinin
İncelenmesi ve Güneş Pili Üretimi”, Yüksek Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi
Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı, Ankara, (2011).
69. Küpeli, A. Ö., “ Güneş Pilleri ve Verimleri”, Yüksek Lisans Tezi, Osman Gazi
Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir, (2005).
70. Boz, O. H., “Günümüzün Alternatif Enerji Kaynağı: Fotovoltaik Güneş Pilleri”,
Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Balıkesir, 10-17 (2011).
71. Rhoderick, E. H., Williams, R. H., “Experimental Studies of Metals on
Semiconductors”, Metal-Semiconductor Contacts, Clarendon Press, Oxford, 1100, (1988).
72. Eun, J., Cooper, J. A., “High temperature Ohmic Contact Technology to n-type
GaAs”, Doktara Tezi, Purdue University, School of Electrical Engineering,
India, (1993).
76
73. Bengi, A., “AlxGa1-xAs/GaAs Nanoyapıların MBE yöntemi ile büyütülmesi ve
elektrofiziksel özellikleri”, Yüksek Lisans Tezi, GaziÜniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, Ankara, 58-71 (2005).
74. Razeghi, M., “Fundamentals of Solid State Engineering”, Kluwer Academic
Publishers, 338-344 (2002).
75. Sze, S., M., Kwong, K., “ Physics and properties of Semiconductors”, John
Wiley, Physics of Semiconductor Devices, New York, 187-191 (2007).
76. Aydın, S. G., “Al/PNpCIPhPPy/-tipi-Si Kontağın Elektronik Özellikleri”,
Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,
Isparta, 20-25 (2010).
77. Oral, D. D., “Silisyum Tabanlı Organik-İnorganik Diyotların Elektriksel
Karakterizasyonu”, Yüksek Lisans Tezi, Anadolu Üniversitesi Fizik Ana Bilim
Dalı, Eskişehir, 10-25 (2012).
78. Durukan. İ. K., “Al:ZnO İnce Filmlerinin Büyütülmesi Ve Biyo-Sensör
Özelliklerinin İncelenmesi”, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, Ankara, (2013).
79. Dinç, Y., “AlGaN İnce Filmlerin Isıl İşlem Sonrası Yapısal ve Optiksel
Özelliklerinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Balıkesir Üniversitesi Fen
Bilimleri Enstitüsü, Balıkesir, 69, 2007.
80. Binning, G., Quate, C. F., Gerber, C., “Atomic Force Microscope”, In: Physical
Review Letters, 56: 930-933 (1986).
81. Gadelmawla, E. S., Koura, M. M., Maksoud, T. M. A., Elewa, I. M., Soliman, H.
H., “Roughness Parameters”, Journal of Materials Processing Technology,
123: 133-145 (2002).
82. Çörekçi, S., “Grup III-V Bileşik Yarıiletkenlerde AFM Yüzey
Karakterizasyonu”, Doktara Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 187 (2008).
83. Perkowıtz, S., “Optical Characterization of Semiconductors: Infrared, Raman
and Photoluminescence Spectroscopy”, Academic Press, San Diego, 1-100
(1993).
84. Aydoğan, Ş., “Yarıiletken karakterizasyon teknikleri”, Katıhal Fiziği, Nobel
Yayın Dağıtım, Ankara, 454-455 (2011).
85. Lianga, Z., Yub, X., Lei, B., Liua, P., Mai,W., “Novel blue-violet
photoluminescence from sputtered ZnO thin films”, Journal of Alloys and
Compounds., 509: 5437-5440 (2011).
77
86. Zang, D., Fan, P., Cai, X., Huang, J., Ru, L., Zeng, Z., Liang, G., Huang, Y.,
“Properties of ZnO thin films deposited by DC reactive magnetron sputtering
under different plasma power”, Appl. Phys. A, 97: 437–441 (2009).
87. Bhuvana, K. P., Elanchezhiyan, J., Gopalakrishnan, N., Shin, B.C.,
Balasubramanian, T. “Realization of p-type conduction in (ZnO)1−x(AlN)x thin
films grown by RF magnetron sputtering”, J. Alloys Compd., 478: 54–58
(2009).
88. Wang, Q. P., Zhang, D. H., Ma, H. L., Zhang, X. H., Zhang, X. J.,
“Photoluminescence of ZnO films prepared by r.f. sputtering on different
substrates” Appl. Surf. Sci., 220: 12–18 (2003).
89. Suryanarayana, C., Norton, M.G., “X-ray diffraction a practical approach”,
Plenum Press, New York, 98-125 (1998).
90. Yendrapati, T. P., Kalagadda, V. R., Vemula, S. K., Bandla, S. K. “Synthesis of
ZnO Nanoparticles by a Novel Surfactant Assisted Amine Combustion Method”
Advances in Nanoparticles., 2: 45-50 (2013).
91. Sawada, H., Wang, R., Sleight, A.W., “An electron density residual study of
zinc oxide”, J. Solid State Chem., 122: 148 (1996).
92. McMurdie, H., Morris, M., Evans, E., Paratzkin, B., Wong-Ng, W., Ettlinger, L.,
Hubbard, C., Powder Diffraction, 1: 76 (1986).
93. Gorla, C. R., Emanetoğlu, N. W., Liang, S., Mayo, E., Lu, Y., “Structural,
optical and surface acoustic wave properties of epitaxial ZnO films grown on
(0112) sapphire by metalorganic chemical vapor deposition”, Journal of
Applied Physıcs, 85(5): 2595-2601 (1999).
94. Alias, M. F. A., Aljarrah, R. M., Al-Lamy, H. K. H., Adem K. A. W.,
“Investigation the Effect of Thickness on the Structural and Optical Properties of
Nano ZnOFilms Prepared by d.c Magnetron Sputtering”, International Journal
of Application or Innovation in Engineering & Management., 2(7): 2319-4847
(2013).
95. Dong, B. Z., Fang, G. J., Wang, J. F., Guan, W. J., Zhao, X. Z., "Effect of
thickness on structural, electrical, and optical properties of ZnO: Al films
deposited by pulsed laser deposition", J. Appl. Phys., 101: 033713 (2007).
96. Zeng, H., Duan, G., Li, Y., Yang, S., Xu, X., Cai, W., “Blue Luminescence of
ZnO Nanoparticles Based on Non-Equilibrium Processes: Defect Origins and
Emission Controls“, Adv. Funct. Mater., 20: 561-572 (2010).
97. Fang, Z., Wang, Y., Xu, D., Tan, Y., Liu, X., “Blue luminescent center in ZnO
films deposited on silicon substrates“, Opt. Mater., 26: 239-242 (2004).
78
98. Zhang, D. H., Xue Z.Y., Wang Q.P, “The mechanisms of blue emission from
ZnO films deposited on glass substrate by r.f. magnetron sputtering“, J.Phys.D:
Apply.Phys., 35: 2837-2840 (2002).
99. Li, L. M., Du, Z. F., Wang, T. H., “Enhanced sensing properties of defectcontrolled ZnO nanotetrapods arising from aluminum doping“ , Sensors and
Actuators B., 147: 165-169 (2010).
100. Li, X. Y., Li, H. J., Wang, Z. J., Xia, H., Xiong, Z. Y., Wang, J. X., Yang, B.
C., “Effect of substrate temperature on the structural and optical properties of
ZnO and Al-doped ZnO thin films prepared by dc magnetron
sputtering”,Optics communications, 282: 247-252 (2009).
101. Jehl, Z., Bouttemy, M., Lincot, D., Guillemales, J.F., Gerrad, I., Etcheberry, A.,
Voorwinden, G., Powalla, M., Naghavi, N., “Insights on the influence of
surface roughness on photovoltaic properties of state of the art copper indium
gallium diselenide thin films solar cells”, J. Appl. Phys., 111: 114-509 (2012).
102. Kınacı, B., Özen, Y., Kızılkaya, K. Asar, T., Çetin, S. Ş., Boyalı, E., Öztürk,
M. K., Memmedli, T., Özçelik, S., “Effect of alloy composition on structural,
optical and morphological properties and electrical characteristics of GaxIn1P/GaAs structure”, Journal of Materials Science: Materials in Electronics,
24: 1375‒1381 (2013).
x
103. Sharma, M. K., Joshi, D. P., “Effect of grain boundaries on photovoltaic
properties of PX-GaAs films”, Indian Journal of Pure & Applied Physics, 48:
575-580 (2010).
104. Pati, S., Majumder, S.B., Banerji, P., “Role of oxygen vacancy in optical and
gas sensing characteristics of ZnO thin films“, Journal of Alloys and
Compounds, 541: 376–379 (2012).
105. Çetinkaya, S., “Al/ZnO/p-Si ve Au/CuO/p-Si schottky yapıların farklı
metodlarla elde edilmesi ve karakterizasyonu”, Yüksek Lisans Tezi, Mustafa
Kemal Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Hatay, (2011).
106. Bertazzi, F., Bellotti, E., Furno, E., Goano, M., “Experimental Electron
Mobility in ZnO: A Reassessment Through Monte Carlo Simulation”, Journal
of Electronıc Materıals, 38(8): 1677-1682 (2009).
79
ÖZGEÇMİŞ
Kişisel Bilgiler
Soyadı, adı
: KURTULUŞ, Gürkan
Doğum tarihi ve yeri
: 10.11.1986 - Trabzon
Medeni hali
: Bekar
Telefon
: 0 (506) 460 37 98
e-mail
: grk.kurtulus61@gmail.com
Eğitim
Derece
Eğitim Birimi
Mezuniyet tarihi
Yüksek lisans
Gazi Üniversitesi / Fizik Bölümü
2014
Lisans
Kocatepe Üniversitesi / Fizik Bölümü
2010
Lise
Uluğbey Lisesi
2003
Yer
Görev
İş Deneyimi
Yıl
2011-
G.Ü. Fotonik Uygulama ve Araştırma Merkezi
Proje Destek Uzmanı
Yabancı Dil
İngilizce
Yapılan Çalışmalar
1.
Kurtuluş, G., Kızılkaya K., Pişkin, E., Efkere H. İ., Çakmak, H., Öztrük M. K.,
Özçelik, S., Özbay, E., “Tavlama sıcaklığına bağlı olarak InGaN/GaN yapılı
güneş pillerinin mikro yapısal özelliklerinin incelenmesi”, Türk Fizik Derneği
30. Uluslararası Fizik Kongresi, 2-5 Eylül 2013, İstanbul, Türkiye.
2.
Gürkan Kurtuluş, H. İbrahim Efkere, Emre Pişkin, Tarık Asar ve Süleyman
Özçelik, “ZnO/p-Si Filmlerinin Foto-Duyarlıklarının İncelenmesi”, 19. Yoğun
Madde Fiziği Kongresi, 20 Aralık 2013, Ankara, Türkiye.
Download