Theses supervised by Prof. Dr. Hamide Kavak
13 theses · Çukurova University
Atmalı plazma katodik ark yöntemiyle elde edilmiş ZnO (çinko oksit) ince filmlerde fotoiletkenlik
ÖZYÜKSEK LİSANSATMALI PLAZMA KATODİK ARK YÖNTEMİYLE ELDE EDİLMİŞ ZnO( ÇİNKO OKSİT ) İNCE FİLMLERDE FOTOİLETKENLİKLatife Nükhet ÖZBAYRAKTARÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİFEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜFİZİK ANABİLİM DALIDanışman: Prof. Dr. Hamide KAVAKYıl: 2006, Sayfa: 92Jüri: Prof. Dr. Hamide KAVAKProf. Dr. Ramazan ESENProf. Dr. Birgül YAZICIBu çalışmada Palslı Filtreli Katodik Vakum Ark Depolama yöntemi ile ZnOince filmler oda sıcaklığında cam alttaban üzerine aynı kalınlık farklı basınçlarda veaynı basınç farklı kalınlıklarda üretildi. Elde edilen filmlerin optik ve fotoiletkenliközelliklerinin kalınlık ve basınç değişiminden nasıl etkilendiği araştırıldı.Anahtar Kelimeler: PFCVAD Yöntemi, İnce Film, ZnO, fotoiletkenlikI
Atmalı filtreli katodik vakum ark depolama yöntemiyle p-tipi çinko oksit (ZnO) üretimi ve elektriksel özellikleri
Atmalı Filtreli Katodik Vakum Ark Depolama (PFCVAD) sistemi kullanılarak cam alt tabanlar üzerine oda sıcaklığında Çinko Nitrür ince filmler üretildi. Bu örneklerin farklı sıcaklıklarda tavlanmasıyla p-tipi ZnO (Çinko Oksit) ince filmler elde edildi. Elde edilen p-tipi ZnO (Çinko Oksit) ince filmlerin optik ve elektriksel özellikleri belirlenerek tartışıldı.
ZnO tabanlı yarı iletkenlerde metal kontak özelliklerinin araştırılması
Bu çalışmada Atmalı Filtreli Katodik Vakum Ark Depolama (PFCVAD) sistemi kullanılarak cam alt tabanlar üzerine oda sıcaklığında çinko nitrür ve çinko oksit ince filmler üretildi. Çinko nitrür filmlerin 450 °C de tavlanmasıyla p-tipi ZnO (Çinko Oksit) ince filmler elde edildi. Doğal olarak n-tipi olan çinko oksit ince filmler de 450 °C de tavlandı. İnce filmlerin optik özellikleri belirlendi. Bu ince filmler üzerine Ag (Gümüş), Al (Alüminyum), In (İndiyum) metalleri Vakum Termal Evaporasyon sistemi ile kontaklar yapıldı. Bu örneklerin I-V ölçümleri yapılarak kontakların özellikleri araştırıldı. Kontaklar omik olarak bulundu.Anahtar Kelimeler: PFCVAD, ZnO, omik Kontak, Doğrultucu (Schottky) Kontak
Kramers-kronig dönüşümleri kullanılarak yarıiletken ince filmlerin optik parametrelerinin belirlenmesi
Kramers-Kronig dönüşümü, yansıma spektrumu verilerinden kırılma indisi ve sönüm katsayısının elde edilmesinde kullanılmakta olan sayısal bir metottur. Kramers-Kronig (K-K) dönüşümleri Mat-Lab yazılımına adapte edilerek yarıiletken ince filmlerin optik parametrelerinin belirlenmesinde kullanılmıştır. Bu tez çalışması kapsamında üretilen yarıiletken ince filmlerin ölçülen yansıma spektrumlarından optik parametreler K-K dönüşümleri ile hesaplandı. Elde edilen teorik sonuçların deneysel verilerle iyi bir uyum içinde olduğu belirlendi.
PFCVAD sistemi ile üretilen n ve p-tipi zno ince filmlerin fotolüminesans özelliklerinin karşılaştırılması
Bu çalışmada atmalı filtreli katodik vakum ark depolama (PFCVAD) sistemi kullanılarak oda sıcaklığında (25°C) cam alt tabanlar üzerine n ve p-tipi çinko oksit (ZnO) ince fimler elde edilmiştir. p-tipi ZnO ince filmler azot (N) katkılama ile O2-N2 karışım atmosferinde cam alt tabanlar üzerine depolanmışlardır. Elde edilen yarıiletken ince filmlerin optiksel, yapısal, elektriksel, yüzey ve fotolüminesans özellikleri belirlenmiş ve tartışılmıştır.
Metal katkılı yarıiletken çinko oksit (ZnO) malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu
Bu çalışmada Bi katkılı ZnO ve Sb katkılı ZnO nano malzemeler hidrotermal sentezleme yöntemi ile sentezlenmiştir. Üretilen örneklerin elektriksel, optik, yapısal veelektrokimyasal durumları incelenmiştir. Ayrıca katkılama yoğunluğunun bu özellikler üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Üretim sırasında kullanılan kimyasalların miktarının ve kullanım biçiminin hazırlanan örnek üzerinde etkileri incelenmiştir. Bunlara ek olarak p tipi iletkenliğe sebep olan XZn-2VZnkompleks kusuru çeşitli analiz yöntemleri ile araştırılmıştır. Bu analizler örnekler toz halinde yada pelet olark basılmış haldeyken yapılmıştır. Yapılan bu incelemeler sonucunda p tipi ZnO:Sb nanomalzemeler üretilmiş ve p tipi iletkenliğe sebepleri XRD ve XPS ölçümleri ile gösterilmiştir. Ayrıca TGA ve XRD kullanılarak örneklerin vurtzit yapıda kristalleşmeleri kalsine edilerek ve edilmeden incelenmiştir.
Spin kaplama yöntemi ile büyütülen ZnO/Cu2O tabanlı aygıtların üretimi ve karakterizasyonu
Uygulaması son derece basit olan spin kaplama tekniği kullanılarak, bakır ve çinko gibi doğada bol miktarda bulunan ve elde edilmesi oldukça ekonomik olan malzemeler kullanılarak, ITO kaplı cam üzerine önce n-ZnO pencere katmanı kaplanmıştır. Daha sonra elde edilen yapı üzerine p-Cu2O fotoaktif katmanı kaplanarak p-n eklem yapısı oluşturulmuştur. Elde edilen n-ZnO/p-Cu2O eklem, Ag/ITO/ZnO/Cu2O/Ag yapılı ters PV aygıt olarak karakterize edilmiştir. Optimum koşulları sağlamak için 0,05M, 0,1M, 0,5M, 1M, 2M, 3M ve 5M gibi farklı molarite de çözeltiler hazırlanmış olup XRD, SEM, AFM ve UV-VIS sonuçlarına göre uygun molarite belirlenmiştir. Molarite arttıkça kristalliğin arttığı gözlemlenmiş olup homojenliğin yer yer bozulduğu ve malzeme üzerinde kopmaların meydana geldiği tespit edilmiştir. Farklı molarite, kurutma ve tavlama sıcaklıkları denenip alınan sonuçlar neticesinde uygun koşullar belirlenmiştir.
Elektron siklotron mikrodalga plazma (ECR-MP) yöntemi ile farklı yüzeylerin karbon ve azot katkılı karbon filmler ile kaplanması
Bu çalışmada Elektron Siklotron Rezonans Mikrodalga Plazma (ECR-MP) yöntemi kullanılarak azot katkılı ve katkısız karbon ince filmler metal (çelik, diş teli, diş implantı, alüminyum), silisyum ve cam alt tabanlar üzerine kaplandı. Plazma oluşumu için metan (CH4) gazı kullanıldı. Farklı alt tabanlar üzerine büyütülen kaplamaların optik, yapısal- yüzey özellikleri belirlendi. Aynı zamanda metal alt tabanlar üzerine büyütülen örneklerin sürtünme ve aşınma testleri yapıldı.
Atmalı filtreli katodik vakum ark depolama ve elektron siklotron rezonanas mikrodalga plazma teknikleri ile karbon nanoduvar ince filmlerin üretimi ve karakterizasyonu
Bu çalışmada Atmalı Filtreli Katodik Vakum Ark Depolama (Pulsed Filtered Cathodic Vacuum Arc Deposition, PFCVAD) ve elektron siklotron rezonanas mikrodalga plazma (Electron Cyclotron Resonance Microwave Plasma, ECR-MP) teknikleri ile cam ve silisyum alttabanlar üzerine karbon nanoduvar filmler depolandı. Üretilen ince filmlerin optik özellikleri UV-VIS-NIR Spektrofotometresi kullanılarak incelendi. Örneklerin kristalografik ve yapısal özellikleri XRD, FTIR ve Raman ölçümleri yapılarak belirlendi. Yüzey morfolojisinin belirlenmesi için ise AFM ve SEM analizleri yapıldı.
Spin coated czts solar cells and analytical modelling
Photoactive copper zinc tin sulfide (Cu2ZnSnS4, CZTS) semiconductors have been widely studied recently due to the advantages of low-cost, high absorption coefficient (≥ 104 cm−1), suitable band gap (~1.5 eV) and non-toxicity. Because of these properties, CZTS is a promising semiconductor as a solar cell absorber layer. CZTS thin film based solar cell devices can be fabricated by simple sol-gel techniques. In this thesis, a CZTS based solar cell was fabricated by sol-gel spin coating method and the diode current was modeled. In the first part of the thesis, the effects of spin coating and subsequent heat treatment parameters on the properties of the films were investigated in terms of composition, grain size, surface morphology, crystallinity and film thickness. Another shortcoming in the literature is the study examining the dependence of the CZTS crystal phase formation on heat treatment. Therefore, the effects of annealing process on the crystallinity were investigated in detail. At the end of the first part, the effect of different annealing temperatures on nonlinear optical properties of CZTS thin films was investigated. In the second part of the thesis, CZTS-based p-n diode was fabricated and the current was modeled using only experimental data without the need for a computer. Diode ideality factor, saturation current and series-shunt resistor variables were successfully attained through the realistic diode equation.
Bizmut sülfür tabanlı ince filmlerin spin kaplama yöntemiyle büyütülmesi ve karakterizasyonu
Bu çalışmada çevre dostu, doğada bol bulunan ve düşük maliyetli bizmut ve sülfür kullanılarak Bi2S3 ince filmlerin sol-jel spin kaplama yöntemle hazırlanması çalışılmıştır. Bi2S3 yarıiletkenler doğal n-tipi özellik göstermekte, opto-elektronik uygulamalar için çok uygun yasak bant aralığına ve soğurma özelliklerine sahiptir. Bi2S3 ince filmler güncel ve umut veren perovskit güneş pili yapılarda kurşun yerine alternatif olarak kullanılan güncel yapılardır. Doğal n-Bi2S3 ince filmler spin kaplama yöntemiyle hazırlanarak tavlama ortamının, film kalınlığının ve tavlama sıcaklığının yarıiletken özellikleri üzerine etkisi ayrıntılı incelenmiştir. Beş kat kaplanan Bi2S3 ince filmin tavlama işlemi metal tüp içerisinde yapıldığından dolayı ortamdaki sülfür buhar basıncının film kristalliğini önemli ölçüde arttırdığı görülmüştür. Tüp içerisinde tavlanarak hazırlanan Bi2S3 ince filmin X-ışını kırınım desenlerinden, kristalik yapıda olduğu ve ortorombik yapıda büyüdüğü görülmüştür. Kalınlığa bağlı karakterizasyon sonuçlarından film kalınlığı arttıkça Bi2S3 kristalit boyutunun arttığı saptanmış, ideal film kalınlığı 650 nm (10-katman) olarak belirlenmiştir. UV-Vis ölçümlerinde filmlerin direkt bant aralıklı özellikte olduğu görülmüştür. Tavlama sıcaklığı 300-550 C aralığında değiştirilerek hazırlanan filmler karakterize edildiğinde ideal tavlama sıcaklığının 350 C olduğu görülmüştür. Hazırlanan filmlerin yasak enerji aralığının üretim parametrelerine bağlı olarak 1,5 eV–2,60 eV arasında değiştiği belirlenmiştir. Filmlerin elektriksel iletkenlik (σ) değerleri 9,79E-7 – 2,40E-5 Ω-1cm-1 arasındadır. İdeal Bi2S3 yarıiletken ince filmler için en uygun üretim parametreleri; 10 kat ve tüp içerisinde 350 C de tavlanması olarak belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Bi2S3 İnce Film, Spin kaplama, Perovskit, Üretim parametreleri
Alüminyum katkılı ve katkısız çinko oksit ince filmlerin heteroeklem diyot özelliklerinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında, çinko oksit (ZnO) ve %1, %2, %3, %5 molar oranlarında Al katkılı ZnO (ZnO:Al) ince filmler sol-jel yöntemi ile cam alttaşa biriktirildi. ZnO ince filmlerin yapısal, morfolojik, optiksel ve elektriksel davranışına Al katkı miktarının etkisi, X-ışını kırınımı, atomik kuvvet mikroskobu, taramalı elektron mikroskobu, X-ışını fotoelektron spektrometresi, fotolüminesans, ultraviyole görünür spektrofotometre ve Hall etkisi ölçümü ile incelendi. ZnO:Al ince filmler (002) yönelimli polikristal hegzagonal wurtzite yapıda olduğu belirlendi. En yüksek optik geçirgenlik %3 Al katkılı ZnO ince filmde görüldü. %1 Al katkılı ZnO film için minimum 5,50 Ωcm özdirenç ve filmlerin tamamının n-tipi elektriksel iletkenliğe sahip olduğu belirlendi. Bununla birlikte sol-jel yöntemi ile p tipi (100) yönelimli tek kristal silisyum (Si) yüzeye n-ZnO ve n-ZnO:Al ince filmlerin biriktirilmesiyle n-ZnO/p-Si ve n-ZnO:Al/p-Si heteroeklem diyotlar elde edildi. Bu yapıların I-V ve C-V karakteristiği incelendi ve diyot benzeri tek yönlü akım iletimi sergiledi. Heteroeklem diyotların doyum akımı, ideallik faktörü, yerleşik potansiyeli ve alıcı yoğunluğu gibi elektriksel parametreleri hesaplandı.
Spin kaplama yöntemi kullanılarak N ve P tipi ZnO ve P-N eklem yapıların üretimi
ZnO hem organik hem de inorganik uygulama alanlarına giren çevre dostu, fiziksel ve kimyasal yöntemlerle kolaylıkla üretilebilen bir malzeme olduğu için çalışmamıza konu olmuştur. Bu çalışmada ucuz ve istenilen büyüklükte kaplamaya imkân sağlayan spin kaplama yöntemi ile cam alttabanlar üzerine hem katkısız ve In katkılı n tipi hem de K ve Cu katkılı p tipi ZnO ince filmler üretildi. ZnO p-n eklemleri, iki farklı sıcaklıkta tavlanan ve elektriksel olarak p-tipi davranış sergileyen %2 K ve %1 Cu katkılı ZnO ince filmler kullanılarak üretildi. Literatürde hem fiziksel hem de kimyasal yöntemlerle üretilen p tipi ZnO ince filmlerden bahsedilmektedir. Ancak, bu üretilen p tipi ZnO ince filmlerin çok azı p-n homoeklem yapılara dönüştürülmüştür. Bu nedenle cam alttabanlar üzerine her iki katman için çözelti hazırlayarak sadece farklı sıcaklıklarda tavlama ile ZnO p-n eklemler yapılabileceği gösterildi. Üretilen p-n eklem yapıların ideallik faktörü, engel yüksekliği, seri direnç değerleri ve arayüzey durumları hesaplanarak literatür ile uyumlu olduğu görüldü.