Yarı iletken ince filmler
Bu konu başlığı altında 73 tez
Elektrokimyasal biriktirme yöntemi ile üretilen farklı Zn oranlarına sahip nanoyapılı Cd1-xZnxS ince filmlerin yapısal ve optik özellikleri
Elektrokimyasal olarak büyütülmüş Cd1-xZnxS nano yapılı ince filmlerin yapısal ve optik özellikleri, x = 0, 0.03, 0.06 ve 0.09 bileşimleri için araştırılmıştır. Biriktirilen ince filmlerin X-ışını kırınım desenleri, kübik kristal yapının (111) ve (220) düzlemleriyle bağlantılı iki tepe noktası vermiştir. Atomik bileşim oranları, enerji dağılımlı spektroskopi ölçümleri yapılarak belirlendi. Taramalı elektron mikroskobu görüntüleri, biriken ince filmlerin nano yapılı formlara sahip olduğunu gösterdi. Cd1-xZnxS ince filmlerinin Raman spektrumları, sırasıyla uzunlamasına optik mod ve ilk üst ton ile ilişkilendirilen 302 ve 603 cm-1 civarında iki titreşim modu sergiledi. Absorpsiyon katsayısı analizlerinden Cd1-xZnxS ince filmlerin bant aralığı enerjisinin, kompozisyon x = 0'dan x = 0.09'a yükseltildiğinde neredeyse lineer olarak 2.40'tan 2.51 eV'ye yükseldiği görüldü.
Antimon selenyum ince filmlerin sputter tekniği ile sentezi ve karakterizasyonu
Bu tez çalışmasında, güneş gözelerinde soğurucu tabaka olarak kullanılmak üzere antimon selenyum (Sb2Se3) sentezi ve karakterizasyonu araştırılmıştır. Bu malzemenin şu ana kadar var olan soğurucu tabalara göre avantajlı güçlü bir alternatif olduğu düşünülmektedir. Sb2Se3 ince filmlerinin sentezi, iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Öncelikle RF magnetron sputter yöntemiyle, soda kireç cam üzerine farklı alttaş sıcaklıklarında antimon (Sb) biriktirilerek ince film Sb üretilmiştir. Sonrasında kuartz boru içine Sb ince filmleri ve seramik pota içine yerleştirilen selenyum (Se) tozu ile beraber konularak 250 °C'de 1 saat ısıl işlem uygulanarak selenizasyon işlemi yapılmıştır. Elde edilen örneklerin; yapısal analizi için X-ışınları kırınım (XRD) deseni, Raman saçılması ölçümleri ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri elde edilmiştir. Yapı içindeki Sb ve Se oranlarının belirlenmesi için enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) ölçümü yapılmıştır. Elde edilen XRD desenlerinin tümü ortorombik Sb2Se3 yapısıyla tamamen eşleşmiştir. SEM ile incelendiğinde oda sıcaklığı, 200 ve 225 °C'de biriktirilen örneklerde [hk0] yönünde büyümenin baskın olduğu aksine 250, 275 ve 300 °C'de kaplanan örneklerde [hk1] ve [hk2] yönünde büyümenin baskın olduğu gözlenmiştir. Raman analizinde ortorombik Sb2Se3 yapısına uygun pikler elde edilmiştir. Son olarak EDS analiziyle Sb:Se atomik oranı elde edilmiştir ancak bu değer istenilen oranda değildir. Tüm analiz yöntemlerinden çıkan sonuçlar göz önüne alındığında alttaş tutucunun 250 °C olduğu örneğin ortorombik Sb2Se3 yapıya en uygun olduğu gözlenmiştir.
Sb2Se3 ince filmlerinin sülfürizasyonu ile üretilen Sb2(S,Se)3 soğurucu katmanlarının karakterizasyonu
Antimon triselenid (Sb2Se3), günümüzde büyük ilgi gören inorganik yarı iletkenler arasında en umut verici soğurucu malzeme seçeneklerinden biridir. Ancak, Sb2Se3 güneş hücreleri için kaydedilen en yüksek verimlilik değerleri hala ideal değerden daha düşüktür. Cihaz performansını artırmak için Antimon selenosülfid (Sb2(SxSe1-x)3) bir seçenektir çünkü alaşımlı Sb2(SxSe1-x)3 'ün bant aralığı ve bant konumu gibi bazı özellikleri bileşime bağlıdır. Bu çalışmada, Sb2(SxSe1-x)3 ince filmlerin büyütülmesi için iki aşamalı bir yöntem kullanılmıştır. İlk aşamada, doğru akım (DC) mıknatıssal saçtırma tekniği kullanılarak soda kireç camı (SLG) altlıkları üzerine Sb2Se3 ince filmleri biriktirilmiştir. İkinci aşamada, Sb2(SxSe1-x)3 ince filmler elde etmek için Sb2Se3 ince filmler kuvars ampulde sülfürleme işlemine tabi tutulmuştur. Karakterizasyon sonuçları, sunulan yöntemle büyütülen Sb2(SxSe1-x)3 ince filmlerinin morfolojik, optik ve yapısal özelliklerinin, sülfürleme sırasında kullanılan sülfür tozu miktarlarına büyük ölçüde bağlı olduğunu göstermiştir. Sülfürün ayarlanmasıyla fotovoltaik uygulamalar için uygun bant aralığına, uygun yönlendirmeye ve kompakt morfolojiye sahip Sb2(SxSe1-x)3 soğurucu malzemeler elde edilebilir. Yukarıda bahsedildiği gibi, alaşımlı Sb2(SxSe1-x)3'ün bileşimsel manipülasyonu, Sb2(SxSe1- x)3'teki Se oranını basitçe artırarak veya azaltarak ISC veya VOC'yi iyileştirme fırsatı sunar. Bu açıdan detaylı optimizasyon ile maksimum verimlilik elde edilebilir. Ancak bu yaklaşım, bant aralığı azalmasının bir sonucu olarak ISC'deki iyileştirmeye VOC kaybının eşlik ettiği veya bunun tersi olduğu bir ikilemle karşı karşıyadır. Kademeli yapıya sahip güneş hücrelerinin, ISC ve VOC arasındaki bu ikilemi önleyebilir. Bu çalışmada, kademeli bileşime sahip Sb2(SxSe1-x)3 ince filmleri üretmek için kolay ve etkili bir yöntem sunarak, üretilen ince filmlerin özellikleri incelenmiştir. Kademeli bileşime sahip Sb2(SxSe1-x)3 ince filmini üretmek amacıyla mıknatıssal saçtırma tekniği ile üretilen Sb2Se3 filmlerinin üzerine hidrotermal biriktirme yöntemi ile Sb2S3 ince filmleri büyütülerek üretilen yapı ısıl işleme tabi tutulmuştur. Analiz sonuçları, çalışmamızda üretilen kademeli bileşime sahip Sb2(SxSe1-x)3 ince filmlerin yüksek verimliliğe sahip güneş hücreleri elde etmek için potansiyel bir aday olduğunu göstermiştir.
ZNS ve Cu2ZNS4(CZTS) ince filmlerin sentezi, karakterizasyonu ve optoelektronik uygulamaları
Çinko sülfür (ZnS), optoelekronik cihazlar için en önemli yarı iletkenlerden biridir. Genellikle çevre dostu özelliğinden dolayı yüksek verimli Cu2ZnSnS4(CZTS) güneş hücrelerinde tampon tabaka olarak kullanır. Bu tez çalışmasında yapılan tüm filmlerin hepsi sol-jel daldırarak kaplama tekniği ile sentezlenmiştir. Bu çalışmada ilk kez ZnS1-xNaxS, Zn1-xSnxS ve Zn1-xLaxS (x=%0-15) ince filmleri çözelti tabanlı sol-jel metodu ile cam ve Si (fiziksel olarak aşındırılmış) altlıklar üstünde 6000c'de vakum ortamında üretilerek Na+, Sn+2, ve La+3 katkılarının ve katkı oranlarının yapısal, optiksel ve lüminesans özelliklerine etkisi incelenmiştir. Benzer biçimde CZTS ince filmleri de sol-jel yöntemiyle farklı sıcaklıklarda (400, 450, 500 ve 5500C) aynı altlıklar üzerinde büyütüldü. Hazırlanan her iki tip ince filmlerin fiziksel özellikleri XRD, Raman, SEM, AFM, XPS, EDX, haritalama fotolüminesans, UV-Vis spektroskopisi, Hall etkisi, akım-voltaj(I-V) ölçüm sistemleri ve solar sümilatör ölçüm sistemleri ile karakterize edildi. Hazırlanan ZnS1-xNaxS, Zn1-xSnxS ve Zn1-xLaxS (x=%0-15) ince filmlerinin karma kübik ve altıgen ZnS polikristal fazına sahip olduğu fakat baskın (111) kübik düzlemi boyunca yüksek tercihli yönelime sahiptirler. Bu film grubu içerisinde Zn1-xSnxS ince filmlerin kristal kalitesinin daha yüksek olduğu anlaşıldı. Her üç filminde yüzey morfolojisi homojen ve yoğundur. FTIR, XPS, ve EDX analizi sonuçları üç film grubunda da ZnS bağ oluşumu ve Zn+2, Na+, Sn+2, La+3, katkı tür ve oranlarıyla beraber ZnS ince filminin optik yasak bant aralığı değeri ve fotolüminesans şiddeti değişim gösterdi. Bu filmlerde p/n tipi Si üzerine kaplanan filmlerin I-V grafiklerinin omik olmayan davranış sergilemesinin p-n eklem oluştuğunu göstermektedir. Diğer taraftan hazırlanan CZTS ince filmlerinin (112) yönelimli karakteristik CZTS kesterit faz yapısında kristallendiği gözlemlendi. Kristallenme derecesi tavlama sıcaklığına ve süresine bağlı olarak değişti. Yüzey ve elementsel analiz sonuçları CZTS film yüzeylerinin homojen fakat pürüzlü olduğunu ve Cu, Zn, Sn,ve S atomlarını belirli oranda içerdiğini gösterdi. Optik ölçüm sonuçları soğrulma şiddetinin ve aynı zaman n-tipi Si üstüne kaplanan film örneklerinin I-V ölçümleri omik olmayan davranış sergilemiştir. p ve n tipi Si üzerine hazırlanan güneş hücrelerinde anlamlı bir verim elde alınmamakla birlikte sadece bir CZTS tabanlı güneş hücresinde çok az da olsa verim elde edilmiştir. Anlamlı bir verimin elde edilememesinin sebebi kaçak devre akımları, hazırlanan filmlerdeki mikro çatlaklar ve soğurucu CZTS katman kalınlığı olarak tespit edilmiştir.
Optimization of optical and electrochemical properties of PANI, PEDOT conducting polymers to design electrochromic device
Advances in natural sciences and technology dominate creative ideas by giving new pathways for the future aspects of developments in electrochromism. Diving deeper in the materials' molecular structures conceives new problems and opportunities to create valuable information about innovative technologies. Organic materials have promising applications because of their specific properties such as durability, lifetime, low costs, low energy consumption, high ion diffusion, and easy and fast production methods. Therefore, organic materials are used in electrochromic applications to manufacturing functional devices as smart materials. In this project, polymer materials were characterized by CV, CA and impedance spectroscopy methods to use electrochromic applications. PANI and PEDOT materials are mostly used organic substances to develop interesting device prototypes like electrochromic devices, storage devices, and sensors. They were characterized using different methods and experimental results to improve their electrochromic and structural properties. In addition to the improvement process, heat-treatment effect and impedance properties were investigated and equivalent circuit models of developed materials and devices were created using IVIUMSOFT software. Polyaniline comes into prominence by electrochromic properties than other materials. It has three different oxidation states and each state has own color, which is why we used it for electrochromic applications. PANI was synthesized by using different parameters such as an acidic solution, concentration and annealing temperature, voltage ranges, and the scan rate of the voltage. Polyaniline is a unique polymer. It has three oxidation states showing different colors that are yellow, green, blue and their shades that is why polyaniline was chosen for electrochromic applications. It was characterized by electrodeposition and chemical oxidation methods. Electrodeposition method has the capability to polymerize aniline but the strength and lifetime are too low because of adsorption and fast degradation under the room conditions. From this point on, heat treatment was applied to improve electrochemical properties and lifetime of polyaniline films. Advancing in parallel with this process, the chemical oxidation method was carried on to develop polyaniline films. Polyaniline films, which are heat-treated at 90oC, that were coated using the electrodeposition method. They were reached to the better parameters as polyaniline films, which are deposited by chemical oxidation method. Heat-treatment was not applied to polyaniline films developed using chemical oxidation methods because of a quite high lifetime and high adsorption properties. The unique property of chemical oxidation method is that coated films do not require conducting surface in the coating process. Chemical oxidation method was carried on stable room conditions and bath has 15oC using APS as an oxidizing agent. PEDOT films were developed by electrodeposition method onto the ITO surface. 3, 4-ethylenedioxythiophene was used as monomer prepared in acetonitrile/LiClO4 mixing solution. Compensating required ion transportation in the solid electrochromic device is the reason why PEDOT films, the counter electrode, are required to develop. For this respect, optimum parameters found in the experimental processes to polymerize EDOT onto the ITO surface. PEDOT films were found more conducting than PANI films when calculating total charge transportation in chronoamperometry measurement. If these results are taken into consideration, PEDOT films have more conductivity and have more capability for electrochromic application than PANI films. Electrolytes are important materials for electrochromic devices. Characterization of electrochromic films was carried out in solution based 3-probe cell system. PANI film was characterized in acidic media and PEDOT films were characterized in alkaline media. This is the key difference between the two films. Acid includes H+ ions but base that was used for characterization of PEDOT includes Li+ ions. These ions diffuse through the films in electrochemical processes and they show electrochromic properties after diffusion, which causes redox reactions and protonation/deprotonation processes. Gel or solid electrolytes that include ionic structures are used in solid electrochromic devices and they are the basic requirements in a diffusion process to observe electrochromic properties. In PANI/PEDOT solid device application process, durability is controlled in chronoamperometry measurement. It has a very long lifetime, which is higher than ten thousand cycles, but contrast change is quite low due to the transition of color change. The color of the PANI films toggles bleach to green/blue when voltage sweeping negative to positive but PEDOT works inversely. Positive to negative transition could not be observed easily in color change. Nevertheless, it is not the only reason to disparage PANI/PEDOT solid device also electrolyte gel layer is an important parameter for ion transportation between electrodes. It was made of LiClO4 and PMMA mixing structure in PC solution that is well-known electrolyte in such electrochromic applications. Finally, after the investigation of electrolyte for both cell and solid electrochromic devices, optical and electrochemical properties of the optimized organic films were experienced using spectroscopic, cyclic voltammetry and chronoamperometry methods. Then, coloration efficiency, diffusion constants, optical and electrical properties were determined using the required mathematical and physical tools depend on the measurement parameters and results. In the last step, the equivalent circuit model was studied using electrochemical impedance spectroscopy method using obtained data in the measurements. Under the guidance of these results, future applications of studied materials were considered to open a new path for both electrochromism and other potential applications.
Farklı alttabanlar üzerine kimyasal depolama yöntemi ile II-VI yarıiletken bileşiklerinin üretimi ve karakterizasyonu
Bu çalışmada farklı alttabanlar (Cam, FTO ve ITO) üzerine kimyasal depolama yöntemi kullanılarak 80 °C'de CdS filmleri oluşturuldu. Oluşturulan CdS filmlerinin üzerine 4 saat, 6 saat ve 10 saatlik CdSe ince filmleri kaplanarak Cam/CdS/CdSe, FTO/CdS/CdSe ve ITO/CdS/CdSe heteroeklemleri elde edildi. Bu heteroeklemlerin optiksel, yapısal, elektriksel ve fotoelektrokimyasal özellikleri belirlendi. Heteroeklemlerin SEM görüntüleri incelendiğinde hem nanotanecikli yapı hem de nanotellerin oluştuğu gözlendi. UV-Vis spektroskopisi ve fotolüminesans spektroskopisi ile yarıiletken filmlerin yasak enerji bant aralığı (Eg) değerleri belirlendi. XRD analizi ile tüm filmlerin kristal yapısı incelendi ve filmlerin polikristal yapıya sahip olduğu bulundu. Hall ölçümü ile elektriksel özellikleri incelenen tüm filmlerin iletkenlik türü n-tipi olarak belirlendi. FTO/CdS/CdSe ve ITO/CdS/CdSe heteroeklemlerinin fotoelektrokimyasal özellikleri karanlık ve aydınlık koşullarda doğrusal taramalı voltametri (LSV), amperometrik (akım-zaman) ve elektrokimyasal empedans ölçümleri ile incelendi.
p tipi Si ve iletken tabanlı CdS heteroeklemlerin kimyasal depolama yöntemiyle elde edilmesi ve karakterizasyonu
Bu tez çalışmasında kimyasal depolama (CBD) yöntemi ile farklı molaritede çözeltiler kullanılarak 3 grup CdS yarıiletken ince film elde edildi. 1. grup CdS film; cam, cam/ITO, cam/FTO ve p-tipi Si alttabanlar üzerine CBD yöntemi ile 85 °C'de 25 dakikada, 2. grup CdS filmleri ise 1. gruptaki ile aynı alttabanlara 85 °C'de 40 dakikada depolandı. 3. grup filmler ise cam alttaban üzerine 2. grup film çözeltisi kullanılarak 35 dakikada iki film elde edildi. Filmlerden biri azot ortamında 623 K'de tavlandı. Filmlerin, UV-Visible Spektrofotometresi, taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışını kırınımı (XRD), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS), Raman spektroskopisi, Hall etkisi ölçüm sistemi ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FT-IR) spektroskopisi, Doğrusal Taramalı Voltametri (LSV) ve amperometrik ölçüm ile karakterizasyonları incelendi. 1. grup CdS filmlerin yüzey morfolojisinin küre gibi nano tanecikli yapıda, 2 ve 3. grup filmlerde yapının nanoduvar (NW) olduğu gözlendi. Filmlerin hepsi polikristal yapıda ve n tipidir. 1. grup filmlerin özdirenci cam/CdS 104, cam/ITO/CdS 10-4, cam/FTO/CdS 10-4 ve p-Si/CdS 10-6; 2. grup filmlerinki cam/CdS 105, cam/ITO/CdS 103, cam/FTO/CdS 104 ve p-Si/CdS 105 -cm mertebesindedir. 3. grup filmlerin özdirenci tavlamayla 104 mertebesinden 105 mertebesine yükselmiştir. 1. grup filmlerin optik band aralığı (Eg) cam/CdS 2,33, cam/ITO/CdS 2,36 ve cam/FTO/CdS 2,39 eV; 2. grup filmlerinki cam/CdS 2,21, cam/ITO/CdS 2,12 ve cam/FTO/CdS 2,29 eV'tur. 3. grup filmlerin optik band aralığı tavlamayla 2,31'den 2,19 eV'a düşmüştür. 1. ve 2. grup filmlerin LSV analiz sonuçlarına göre 1. grupta en büyük akım değeri ITO alttabanda, 2. grupta FTO alttabanda çıkmıştır. Bu sonuçlar amperometrik ölçüm sonuçları ile uyumludur. 1. grup filmler yüksek iletkenlikleri, 2. ve 3. grup filmler NW özellikleriyle güneş hücreleri ve optoelektronik aletlerde kullanılabilecek iyi bir malzeme adayıdır.
CZTS tabanlı ince film güneş hücrelerine grafen entegrasyonu
Tez kapsamında, saçtırma sistemi kullanılarak Mo, Ni ve Cu folyolar üzerine Altlık/ZnS/CuSn/Cu yapısı üretilmiş ve Hızlı Tavlama Sistemi (RTP) ile Mo, Ni ve Cu folyolar için sırasıyla 550 °C, 425 °C ve 425 °C optimize edilen sıcaklıklarda sülfürlenerek CZTS filmler elde edilmiştir. Esnek-folyo/CZTS/CdS/i-ZnO/ITO/Al yapısı kullanılarak üretilen güneş hücrelerinde en yüksek hücre verimi %3.26 ile Mo-folyo/CZTS yapısından elde edilmiştir (Hücre-I). Ayrıca, CVD yöntemiyle Mo, Ni ve Cu folyolar üzerinde farklı katman sayılarında katkısız, N2-katkılı (NKGr) ve B2H6-katkılı (Diboran katkılı) (DKGr) grafen filmler sentezlenmiş ve yapılan karakterizasyonlar sonucunda Mo ve Cu folyolar üzerinde tek (TKGr) ve birkaç katmanlı (BKGr), Ni folyolar üzerinde ise birkaç ve çok katmanlı (ÇKGr) grafen filmlerin başarılı bir şekilde sentezlendiği belirlenmiştir. Tez kapsamında, yapılan grafen entegrasyonu ile Mo-folyo/BKGr/CZTS/CdS/i-ZnO/ITO/Al ve Ni-folyo/ÇKGr/CZTS/CdS/i-ZnO/ITO/Al yapısından sırasıyla %3.72 ve %2.3 (Hücre-II), Mo-folyo/BKGr/CZTS/CdS/i-ZnO/80nmITO/BKGr/Al yapısından %7.8 (Hücre-III), Mo-folyo/DKGr/CZTS/CdS/i-ZnO/80nmITO/BKGr/Al yapısından %8.57 (Hücre-IV) ve Mo-folyo/DKGr/CZTS/CdS/i-ZnO/80nmITO/NKGr/Al yapısından %9.0 hücre verimi elde edilmiştir.
Simetrik elektroaktif azobenzen bileşiklerinin sentezi, fotoizomerizasyonu ve elektropolimerizasyon yoluyla elde edilen ince filmlerinin uygulamaları
Tez kapsamında literatürde benzeri bulunmayan yapı ve özellik ilişkisi göz önüne alınarak amacına uygun şekilde tasarlanmış karbazol ve azobenzen gruplarından oluşan simetrik yapıda beş yeni molekül sentezlenmiştir. Elektrokimyasal polimerizasyon yöntemi ile karbazol grupları üzerinden polimerleşme gerçekleştirilmiştir. Elde edilen monomerlerin karakterizasyonu Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi (1H-NMR, 13C-NMR) ve Fourier Transform Infrared Spektroskopisi (FT-IR) ile gerçekleştirilerek dönüşümlü voltametri tekniği kullanılarak polimerik yapılar elde edilmiş ve polimerlerin indirgenme ve yükseltgenme davranışları incelenmiştir. Bunun yanında uygulanan potansiyele bağlı optik özelliklerdeki değişim incelenmiştir. Bu kapsamda elde edilen polimerlerin spektroelektrokimyasal, kinetik, kolorimetrik ve elektrokromik özellikleri incelenmiştir. Her bir polimerin yüzey karakterizasyonları Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) ve gonyometre cihazları yardımıyla gerçekleştirilmiştir. CzAzo-1 ve CzAzo-2 monomerlerinin sabit potansiyel ile oluşturulan polimerleri uygulanan farklı potansiyellerde geri dönüşümlü tepkiler olarak renksizden magentaya doğru renk değişimi gerçekleştirilmiştir. PCzAzo-1 ve PCzAzo-2 renk değişimleri dönüşümlü olarak tekrarlanmış ve yüzey özellikleri incelenmiştir. Tekrarlanarak ayarlanabilir yüzey özelliklerine sahip yeni bir elektrokromik malzeme sınıfı olarak potansiyelleri vurgulanmıştır. CzAzo-3, CzAzo-4 ve CzAzo-5 monomerleri başarıyla sentezlenmiş ve bu monomerlerden elde edilen polimerlerin yapısal ve fonksiyonel özellikleri detaylı olarak incelenerek literatüre özgün katkılar sağlanmıştır.
Galyum katkılı çinko-oksit ince filmlerin özelliklerine sıçratma gücünün ve kaplama sonrası uygulanan ısıl işlemin etkileri
Saydam iletken oksit filmler (SİO) günümüzde birçok farklı teknolojik çalışmada kullanım alanı bulunan malzemelerdir. Gösterdikleri özelliklere göre düzlemsel güneş pillerinde, düşük emisyonlu pencere camlarında, saydam ısı yansıtıcılarda, elektriksel perde uygulamalarında ve dokunmatik ekran teknolojilerinde kullanılabilirler. Ticari olarak günümüze kadar sıklıkla kullanılmış olan kalay oksit (SnO2) ve indiyum-kalay oksit (ITO) gibi ince filmlere alternatif oluşturan Çinko oksit (ZnO) fimler yakın zamanda kullanılmaya başlanmıştır. ZnO filmlere alüminyum, galyum, magnezyum ve indiyum gibi katkı elementleri ilave edilebilmektedir. Katkı elementlerinin etkisiyle ZnO filmlerin taşıyıcı yoğunlukları arttırılarak filmin elektriksel özellikleri iyileştirilmektedir. SİO filmlerin büyütülmesi aşamasında film özelliklerine etki eden belli başlı parametreler vardır. Bu parametrelerden sıçratma gücü, gaz basıncı, hedef-altlık mesafesi ve kaplama sıcaklığı başlıcalarıdır. Kullanım alanına uygun olarak istenen özelliklerin iyileştirilmesi adına saydam iletken oksit filmlere büyütme işlemi sonrasında bazı ek işlemler uygulanabilmektedir. Isıl işlem ve yüzey pürüzlendirme işlemi bu işlemlerin başlıcalarıdır. Isıl işlem uygulamasında ince filmin yapısı sıcaklık etkisiyle değişim göstermektedir ve uygun sıcaklık, süre ve ortam koşullarında elektriksel, optik ve özellikler iyileşme göstermektedir. Bu çalışmada öncelikle sıçratma gücünün ZnO:Ga ince filmin elektriksel, optik ve yapısal özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar değerlendirilip uygun sıçratma gücü belirlendikten sonra bu sıçratma gücünde büyütülen ZnO:Ga ince filmlerin optik, elektriksel ve yapısal özelliklerine büyütme işlemi sonrasında uygulanan ısıl işlemin etkisi incelenmiştir. Uygulanan ısıl işlemin ZnO:Ga ince filmin elektriksel, optik ve yapısal özelliklerine etkisinin incelenmesine yönelik gerçekleştirilen deneyler farklı sıcaklık ve sürelerde vakum ortamında yapılmıştır. 5 farklı sıçratma gücünde büyütülen ZnO:Ga ince filmler içerisinden elde edilen özellikler bakımından en uygun olan sıçratma gücü seçilmiştir. Daha sonra seçilen sıçratma gücünde büyütülen filmlere 150-250-350-450oC'de her sıcaklık değeri için 2 saat vakum ortamında ısıl işlem uygulanmıştır. Farklı sıcaklıklarda uygulanan ısıl işlemler sonucunda özellikler bakımından uygun olarak seçilen sıcaklıkta (2500C) 1 saat ve 3 saat olmak üzere ısıl işlem uygulanmıştır. Yapılan tüm işlemlerden sonra elde edilen en uygun sıçratma gücü 1,2kW ısıl işlem sıcaklığı 250oC ısıl işlem süresi de 2 saat olarak belirlenmiştir. Seçilen ısıl işlemin seçilen sıçratma gücünde en iyi sonucu verdiğini teyit etmek amacıyla sıçratma yapılan 5 farklı güce 250oC 2 saat vakum ortamında ısıl işlem yapılmıştır. Büyütülen ZnO:Ga ince filmlerin karakterizasyonunda birçok farklı teknik kullanılmıştır. Film kalınlıkları yüzey profilometresi ile ölçülürken ilk aşamadaki özdirenç değerleri 4 uçlu ölçüm probu ile ölçülmüştür. Optik geçirgenlik değerleri spektrofotometre ile ölçülmüştür. Yüzey pürüzlülükleri atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile belirlenmiştir. Yapısal özellikleri taramalı elektron mikroskobu ile görüntülenmiştir. Filmlerin elektriksel özellikleri Hall etkisi ölçüm cihazı ile ölçülmüştür. SİO filmlerde verimliliği değerlendirmek için "figure of merit" olarak adlandırılan Ortalama optik geçirgenliğin özdirenç değerine oranıyla hesaplanmıştır. Farklı sıçratma güçlerinde büyütülen filmlerde değişen güç ile beraber elektriksel ve optik özellikler de değişmiştir. En yüksek optik geçirgenlik değeri 1,2kW sıçratma gücünde yapılan kaplamada %67 olarak ölçülmüştür. Yine aynı sıçratma gücünde en düşük özdirenç değeri ve en düşük yüzey pürüzlülüğü elde edilmiştir. Isıl işlem deneyleri sonucunda ise ZnO:Ga filmlerin özdirenç değerleri 3x10-4 ohm.cm değerlerine kadar ulaşırken %optik geçirgenlik değerleri >%77 değerlerinde ölçülmüştür. Bant aralığı değerleri 3,77eV'dan 3,92'ye çıkmıştır. En düşük özdirenç, en yüksek geçirgenlik, uygun yüzey pürüzlülüğü, yüksek taşıyıcı hareketliliği ve yüksek taşıyıcı yoğunluğu değerleri 1,2kW sıçratma gücünde büyütülen ve 250oC'de 2 saat boyunca vakum ortamında ısıl işlem uygulanan ZnO:Ga ince filmde elde edilmiştir.
SILAR yöntemiyle In2S3 yarıiletken filminin elde edilmesi ve bazı fizksel özelliklerinin incelenmesi
In2S3, III-VI gurubu bir yarıiletken malzemedir. Geniş yasak enerji aralığına sahip olduğundan dolayı optoelektronikte ve fotovoltaik aygıt üretiminde oldukça önemlidir. Bu çalışmada In2S3 yarıiletken filmlerin elde edilme özellikleri incelendi. In2S3 yarıiletken filmleri Arıdışık İyonik Tabaka Adsorpsiyon ve Reaksiyonu (SILAR) yöntemiyle 40,50,60,80,100,150 ve 200 SILAR döngü sayılarında ve oda sıcaklığında elde edildi. Elde edilen filmler 400?C de hava ortamında kurutuldu. X-ışını kırınım desenlerinden üretilen filmlerin tetragonal ve hekzagonal polikristal yapıya sahip oldukları belirlendi. Filmlerin optik özelliklerinin incelenmesi ile filmlerin direkt band geçişine sahip olduğu belirlendi. Filmlerin döngü sayılarına göre yasak enerji aralıklarının 2,27 ? 2,98 eV arasında değiştiği belirlenmiştir.
Nano ölçekli Vanadyum Oksit ince filmlerde elektriksel özelliklerinin ve 1/f gürültüsünün karakterizasyonu
Vanadyum Oksit (VOx), sıcaklıkla yarı iletken fazdan iletken faza geçiş göstermektedir ve mikroelektromekanik (MEMS) aygıtlarda kullanılmaktadır. Yüksek TCR (direncin sıcaklık sabiti) değeri, düşük elektriksel gürültüsü ve düşük elektriksel direnç (R) değerlerine sahip olması nedeniyle Vanadyum Oksit bu alanda ön plana çıkmaktadır. Endüstriyel uygulamalardaki Vanadyum Oksit ince filmlerle yapılan çalışmalarda filmlerin elektriksel gürültüsü minimize edilmek istenmektedir. Bu yüksek lisans tezi kapsamında, endüstriyel uygulamalar için istenilen elektriksel direnç ve TCR değerine sahip Vanadyum Oksit ince filmleri elde etmek amacıyla üretim parametrelerinin etkisi incelenmiş, uygun elektriksel direnç ve TCR değerleri için üretim parametreleri optimize edilmiştir ve üretilen filmlerin yapısal özellikleri X-Işını Yansıması ve Kırınımı teknikleri ile incelenmiştir. En uygun elektriksel direnç ve TCR değeri elde edilen üretim parametreleri ile filmler parmak yapıda şekillendirilen elektrotlar üzerine kaplanarak, elektriksel ve 1/f elektronik gürültü özellikleri incelenmiştir.
Bor Nitrür (BN) ince film ara katmanlar üzerine üretilen yüksek performanslı elektronik uygulamaların geliştirilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Bor, karbon ailesinin kardeşi olarak bilinir. Bu yüzden araştırmacılar tarafından beyaz karbon olarak adlandırılmıştır. Dünyanın 70% bor rezervlerinin Türkiyede bulunduğu açıktır. Ancak uygulama alanı olarak bu malzeme daha çok dezenfekte alanında kullanılmaktadır. Bu malzeme benzersiz özelliklere sahiptir ve dünya her geçen güne göre daha farklı alanlarda kullanımı rapor edilir. Bu yüzden bu tez çalışmasında BN bir ince film olarak iletken İTO ve FTO kaplı cam üzerine kaplanmıştır. Daha sonra ise katkısız, ZnO ve SnO2 katkılı titanyum dioksit (TiO2) ince filmleri BN katmanlar üzerine üretilmiştir. Bu araştırmada toplam 6 örnek seçilmiştir. Bu araştırma asıl hedef ise BN ara katmanların katkısız ve katkılı TiO2 ince film üzerindeki elektrkromik performansını değerlendirmektir. Bu nedenle iki farklı özelliklere sahip İTO ve FTO alttaş olarak seçilmiştir. BN, katkısız ve katkılı TiO2 filmleri termiyonik vakum ark (TVA) tekniği ile kaplanmıştır. Üretilen tüm ince filmlerin yapısal, optiksel ve yüzeysel özellikleri sırasıyla fourier transform kızılötesi spektrometre (FTİR), ultraviyole-görünür (UV-Vis) spektrofotometre, Filmetriks ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ölçüm cihazları ile gerçekleşmiştir. Daha sonra BN ara katmanların, katkısız ve katkılı TiO2 ince film üzerindeki etki geçirgenlik (T%), soğurma (A), Urbach enerjisi (Eu), optiksel yasak enerji aralığı (Eg), kalınlık, pürüzlülük, yansıma (R) ve kırılma indisi (n) gibi önemli parametreleri elde ederek incelenmiştir. Yapısal ölçümler sonucunda TiO2 ve BN fazları tespit edilmiştir. Hazırlanan yapıların tersinirlik, renklenme verimliliği, fototopik kontrast oranı ve geçirgenlik farkı gibi elektrokromik özellikleri hesaplandıktan sonra karşılaştırılmıştır. Tüm elektrokromik analizlerde üç elektrot düzeneği ve iki farklı molariteye (0,1 ve 1M) sahip sıvı elektrolit (LiClO4-PC) kullanılmıştır. Son olarak üretilen katkısız ve katkılı TiO2/BN ince filmlerin elektrokromik (EK) performansı literatürde mevcut araştırmalar ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak üretilen yapıların elektrokimyasal, yüzeysel, ve optiksel ölçümlerden elde edilen ve hesaplanan parametrelerin kullanılan katkı malzemesi, elektrolit molaritesi ve seçilen alttaşın özelliklerine bağlı olduğu belirlenmiştir.
Termiyonik Vakum Ark (TVA) ile depolanan katkısız ve P2O5, CdO ve ZnO katkılı V2O5 ince filmlerin bazı özelliklerinin incelenmesi
Katkısız ve P2O5, CdO ve ZnO katkılı V2O5 ince filmler Termiyonik Vakum Ark (TVA) plazma yöntemiyle depolanmış ve X-ışını kırınımı (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), Raman spektroskopisi, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı x-ışınları spektrometresi (EDS), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), Ultraviyole-görünür spektroskopi (UV-Vis), ve Kirby-Bauer testi ile yapısal, yüzeysel, optik ve antibakteriyel analizleri yapılarak incelenmiştir. Üretilen plazmalar da optik emisyon spektrometresi (OES) ile incelenmiştir. Katkısız V2O5 ince filmlerin amorf olduğu, kalınlıklarının 92-204 nm, yüzey pürüzlülüğünün 0,4-1,8 nm ve optik bant aralığının 3,20-3,84 eV olduğu görülmüştür. Mikroskop camı ve yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE) üzerinde depolanan V2O5-P2O5 ince filmlerinin cam formu gibi amorf ve pürüzlülüğünün 0,3-0,9 nm olduğu görülmüştür. CdO katkılı V2O5-P2O5 sentezlenerek cam haline getirilmiş ve ince filmlerinin sentezlenen cam ile benzer amorf yapı vermesine rağmen Raman sonuçlarına göre farklı yapısal özelliklere sahip olduğu görülmüştür. Katkısız Cd ince filmlerinin yapısal ve yüzeysel özellikleri incelenmiş, E. coli ve L. innocua bakterilerine karşı antibakteriyel özellikte olduğu ispatlanmıştır ve CdO ince filmlerinin ise polikristal yapıda ve kristalit boyutlarının 6,89-14,10 nm olduğu görülmüştür. V2O5'e Zn farklı oranlarda katkılanarak depolanan ince filmlerin görünür bölgede geçirgen olmasına karşı ayrı potalarda katmanlı ince film olarak üretilen V2O5-Zn ince filmlerinin görünür bölgede geçirgen olmadığı ve S. aureus bakterisine karşı katkılı V2O5-Zn ince filmlerine göre daha fazla antibakteriyel etki gösterdiği görülmüştür. TVA sisteminde aynı anda farklı potalara V2O5 ve ZnO koyularak katmanlı ince film üretimi gerçekleştirilmiştir. Molce %50-50 oranında karıştırılan V2O5-ZnO ince filminde yasak enerji aralığı 3,63 eV olarak hesaplanırken, V2O5 üzerine ZnO depolanan ince filmlerde 2,40 eV ve 3,48 eV olmak üzere iki bant, ZnO üzerine V2O5 depolanan ince filmlerde ise 2,48 eV ve 3,15 eV olmak üzere iki bant gözlemlenmiştir.
CdS üzerine MgF2 temelli yansıma önleyici ince film kaplamaların üretilmesi ve karakterizasyonu
Optoelektronik uygulamalarda yansıma kayıplarını önlemek için ince film kaplama çalışmalarından yararlanıldığı bilinmektedir. Bu tez çalışmasında, farklı kırılma indislerine sahip malzemeler kullanılarak yansıma önleyici ince film yapıların geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, Fiziksel Buhar Biriktirme (PVD) yöntemi kullanılarak, cam alttaşlar üzerine II-IV grubu yarıiletken bileşiği olan Kadmiyum Sülfür (CdS) ve bir toprak alkali metal florürü olan Magnezyum Florür (MgF2) ince filmlerinin büyütülmesi gerçekleştirilmiştir. İnce film yapıların yansıma önleyici özelliklerinin belirlenebilmesi için, cam alttaştan daha yüksek kırılma indisine sahip CdS üzerine, cam alttaştan daha düşük kırılma indisine sahip MgF2 kaplama malzemesi olarak tercih edilmiştir. Farklı kalınlıklarda üretilen çift katmanlı yansıma önleyici ince film kaplamaların yapısal, optik ve morfolojik özellikleri, X-Işınları Kırınımı (XRD), UV-vis spektrofotometre, Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi (EDS) ve Alan Etkili Taramalı Elektron Mikroskobu (FESEM) yardımıyla incelenmiştir. Analizler sonucunda, CdS ince filmler üzerine ikinci katman olarak büyütülen MgF2 ince film yapının optik yansıma kayıplarını görünür bölgede %30'a kadar azalttığı ve buna bağlı olarak geçirgenliği arttırdığı gözlenmiştir. Ayrıca yapılar ayrı ayrı tavlanmış ve tavlamanın optik kayıpları azaltmada etkisinin olup olmadığı araştırılmıştır.
Growth and characterization of titanium dioxide thin films by sol-gel spin coating and dip coating methods
Titanium dioxide is an advantageous metal oxide semiconductor material for solar cell applications such as photovoltaic and photocatalytic applications owing to its outstanding optoelectronic properties with good chemical stability. Researchers conducted studies to investigate and improve the characteristics of titanium dioxide thin films. In this study, titanium dioxide thin films were grown by sol-gel spin coating and sol-gel dip coating methods on glass substrate. The properties of the titanium dioxide thin films were investigated as a function of the aging time, layer number, and dipping time effect. For this purpose, the aging time, layer number and the dipping time changed as 1, 7, 14, 21, 28 and 56 days, 3, 5 and 10 layers and 5, 10 and 20 seconds, respectively. Besides that, to investigate the influence of annealing temperature on the thin film properties, the films were annealed at 300 °C, 400 °C, 500 °C, 600 °C, and 700 °C. According to the characterization results, all the titanium dioxide thin films were succesfully grown by Sol-Gel method. As-grown thin films and layers annealed at 300 °C were in amorphous form. The samples annealed at 400 °C and above were formed into a tetragonal anatase structure. The crystallization was increased in films annealed at 400 °C for both coating methods. Films by sol-gel dip coating contain isolated nano-sphere features according to top-down scanning electron microscopy images. Optical measurements showed that absorption thresholds shifted with changes in growth parameters. The bandgap values were calculated in the range between 2.97 – 3.63 electronvolt for all titanium dioxide thin films. The refractive index, dielectric constant, static dielectric constant, and porosity were improved with increasing annealing temperature. As a results it is found that the aging day, number of layers, dipping time and annealing temperature affected the structural, surface and optical properties of the titanium dioxide thin films.
Growth and characterization of undoped and indium doped zinc oxide thin films grown by hydrothermal method
Zinc oxide is a widely used semiconductor metal oxide in optoelectronic applications and it is very advantageous material for transparent conductive oxides (TCO). Recently, to investigate and enhance the properties of ZnO thin films, researchers have been carrying out many researches. In this study, undoped ZnO and indium doped ZnO (IZO) films with different indium percentages (1%, 3%, 5%, 7%) were produced by hydrothermal method on glass substrates. The influence of In doping on the structural, surface and optical properties of ZnO films were investigated. On the other hand, as the parameters of hydrothermal method; growth time, growth temperature effects on the properties of the ZnO and In doped ZnO film were analyzed. For this purpose, the growth time of ZnO films were changed as 3h, 5h, 7h, 9h and 24h. Also, growth temperatures were varied as 90℃, 120℃ and 150℃ too. After the film growth process X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Photoluminescence Spectroscopy (PL) and UV-VIS Spectroscopy measurements were carried out to characterize films' structural, optical, and surface properties. By these characterization methods, the best growth parameters of the films were decided. According to characterization results, all the ZnO and IZO films successfully were grown by hydrothermal method. Hexagonal wurtzite structure and well adhesion to substrate were observed. For the crystallite size, XRD intensity at preferred growth plane, dislocation density and microstrain, a good compromise was reached for 9h growth time, 3% In percentage, and 90°C growth temperature. From the PL, the lowest defect and highest crystallization quality were obtained for 3% In, 9h and 90°C films. As a result, for this work, 9 h growth time, 90°C growth temperature and 3% In doping concentration were defined as the best growth parameters.
Ag: Znse ince filmlerinin malzeme ve cihaz karakterizasyonu
The aim of this thesis is to improve the electrical properties of ZnSe thin films by introducing silver (Ag) to the structure and investigate the thin film properties with regards to structural, morphological, and optical properties. In this work, ZnSe thin films were deposited with 2 wt%, 5 wt%, and 10 wt% silver (Ag) contribution on glass substrates. Present in group IB, Ag was used to increasing the electrical conductivity due to donor dopant in II-VI materials. The film layer was obtained by thermal evaporation of ZnSe and Ag evaporation sources. This method is simple, low cost, and widely used for II-VI semiconductor films. Furthermore, structural, surface morphology, roughness, optical absorption, and energy gap properties of the films were investigated. Finally, device properties of films using Si substrates with Al rear contact and In front contact were examined. The results indicate that Ag doping enhanced the electrical and device properties of ZnSe thin films. Ag:ZnSe/ Si/ Al heterostructure performed photodiode behavior.
İnce yaygı CdS ve CdSe yarı-iletkenlerin optik ve yapısal özelliklerinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında sırasıyla fiziksel vakum buharlaştırma (PVD-physical vapor deposition) ve kimyasal banyo yöntemleri (CBD-chemical bath deposition) ile üretilen grup II-VI kadmiyum selen (CdSe) ve kadmiyum sülfür (CdS) ikili bileşik yarı-iletken ince yaygılerin optik ve yapısal özellikleri Optik Soğurma, Foto-soğurma, Raman, X-ışınları kırınımı spektroskopisi (XRD), Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM) ve Atomik Kuvvet Mikroskopisi (AFM) yöntemleri ile araştırılmıştır. Deneysel sonuçlar etkin kütle varsayımı altında kuantum kuşatma etkisi, Urbach modeli, Mie saçılması, fonon kuşatması, Grüneisen modeli, Williamson Hall ve Warren Yaklaşımları, yayınım kontrollü büyüme kuramsal yöntemleri kullanılarak irdelenmiştir. Mo küvet içerisine konulan toz CdSe, küvet içinden geçirilen yüksek akım ile vakum altında buharlaştırılarak, 50 nm?den 450 nm?ye kadar farklı kalınlıklarda CdSe ince yaygılar cam altlıklar üzerinde büyütülmüştür. Kimyasal banyo yöntemi ile CdS ince yaygılar ise; sıcaklığı, pH?ı ve dakikada karıştırma hızı kontrol edilen ve esas olarak tiyoüre ve kadmiyum sülfatdan oluşmuş reaksiyon kabında, zamana bağlı olarak kaplama kalınlığının doğrusal arttığı varsayımı ile mikrometre mertebesinde çeşitli kalınlıklarda cam altlık üzerinde büyütülmüştür. Kimyasal banyo yöntemi ile büyütülen CdS ince yaygılarin, optik geçirgenlik ölçümlerinin ayrıntılı incelenmesi sonucu, yaygı kalınlığı arttıkça yasak kuşak enerji aralığının azaldığı ve uzun dalga boyu optik soğurma kuyruğunun daraldığı gözlemlenmiştir. Elde edilen ince yaygılara 250-400 ?C arasında ısıl işlem uygulanması ile yasak kuşak enerji aralığı artmaktadır. Büyümeyi kontrol eden bileşenin sülfür olduğu değerlendirilmiş ve aktivasyon enerjisi 46 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Optik soğurma kuyruk genişliğinin Urbach enerjisi ile orantılı olduğu ve kristal düzensizliğinden kaynaklandığı varsayımından haraketle kusurlardan kaynaklanan mikroelektrik alanlar altında bükülen kristalin enerji kuşakları için Wentzel Kramers ve Brillouin (WKB) yaklaşımı altında Schrödinger denklemi çözülmüş ve, mikro elektrik alanı ve kristal düzensizliği arasında doğru orantılı bir ilişki olduğu sonucu elde edilmiştir. İnce yaygı CdS?ün depolama süresi 10 dakikadan 150 dakikaya artarken, mikro elektrik alan 2240 kV/mm mertebesinden 820 kV/mm?ye, düzensizlik % 55?den % 35?e ve Urbach enerjisi 600 meV?dan 400 meV?a azalmaktadır. CdS ince yaygıların XRD deseni ölçülmüş, yapılan analiz sonucu kristal yapının kübik ve altıgen karışımı olduğu tespit edilmiştir. XRD ve Raman ölçümlerindeki kaymalardan sıkıştırma gerilme değerinin 10-3 mertebesinde olduğu görülmüştür. Fiziksel buharlaştırma yöntemi ile büyütülen CdSe ince yaygı yarı-iletklerin optik soğurma spektrumlarında, soğurmanın başladığı enerjinin artan yaygı kalınlığı ile kırmızıya kaydığı ve uzun dalga boyu soğurma kuyruğunun daraldığı gözlemlenmiştir. Optik soğurma spektrumlarından yaygı kalınlığı 50 nm?den 450 nm?ye artarken, Urbach enerjisinin 430 meV?dan 200 meV?a azalmaktadır. Büyütülen CdSe ince yaygı altıgen kristal yapıyı işaret eden XRD desenine sahiptir. XRD deseni esas olarak gerilme, sonlu kristal büyüklüğü (tane) ve cihaz hatasından kaynaklanan etkilerden dolayı genişlemektedir. Williamson Hall yaklaşımı ile bu etkiler birbirinden ayrılmış ve ortalama tane büyüklüğü için yaygı kalınlığının 50 nm?den 450 nm?ye değişmesiyle tane yarıçapının 6 nm?den 12 nm?ye arttığı ve gerilmenin çekme ve sıkıştırma karakterinde 10-3 mertebesinde olduğu sonucu elde edilmiştir. Bu sonuç Raman saçılması ölçümleri ile doğrulanmıştır. Gözlemlerimiz CdSe ince yaygıların Raman kiplerinin, artan yaygı kalınlığı ile 2 cm-1 dalga sayısı kadar kırmızıya kaydığını ortaya koymuştur. Raman titreşim kipleri, bileşimin değişmediği bir kristalde fonon kuşatması ve gerilme nedeni ile sırasıyla kırmızıya ve kırmızı/maviye kaymakta olduğu diğer araştırmacıların yaptıkları çalışmalardan ortaya çıkmıştır. Ayrıca yaygı kalınlığı 50 nm?den 450 nm?ye artarken (002) düzlemleri için gerilme değeri % 45 oranında azalmaktadır. Tez çalışmasına konu olan araştırmalar SCI kapsamındaki uluslar arası Semiconductor Science and Technology dergisinde 2011 yılında ve Materials Research Bulletin dergisinde 2013 yılında yayınlanmış olup bir diğer makale Solar Energy Materials ve Solar Cells dergisine 2013 yılında sunulmuştur. Tez çalışması YTÜ Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatölüğü (BAPK)?nün 26-01-01-01, 2011-01-01-DOP01 ve Devlet Planlama Teşkilatının 26-DPT-01-01-01 nolu projeleri ile desteklenmiştir.
Modeling a thin-film transistor (TFT)
In this thesis, we studied the working principles and modeling the static current – voltage characteristics of a Thin Film Transistor (TFT). TFTs are extensively used in flat panel displays for switching the pixels. We first analyzed the characteristics of Amorphous Indium Gallium Zinc Oxide (a-IGZO) TFTs, and reviewed the analytic models to estimate the static electrical behavior of the TFTs in general and the a-IGZO TFT, in particular. We developed a new analytical model for predicting the static electrical behavior of the a-IGZO TFTs and for analyzing and simulating the new electrical circuits when these transistors are used to form new circuits. Finally, we compared the predictions of this model with the measured data and other models.
TiO2/Cu2O ince film fotovoltaik hücrelerin karakterizasyonu
Photovoltaic cells (PVs) generate electricity by using sunlight. Although they have been known since years, they have recently been famous with increasing renewable energy demand. Nowadays, silicon solar cells are mostly used. But to achieve lower cost and improve manufacturing for large scale, different kind of PVs should be established. While PVs' demand grow, new materials should be supplied. In this perspective Cu2O is an attractive material as an absorber and TiO2 is known as a large band gap semiconductor. When these two semiconductors are brought together, a p-n junction is created which is promising as a solar cell. In this thesis, TiO2/Cu2O thin film PV characterization was studied. Characterization focused on optical properties of thin films as transmittance, absorbance, band gap values and behaviors under illumination related with their structural properties. Thin film deposition was processed by pulsed laser deposition method. In the first part, variable temperatures, pressures and transparent conductive layers were used to achieve anatase crystal phase for TiO2 layer. Under 0.4 mbar oxygen pressure and 350°C, 450°C, 550°C temperatures, thin film samples were deposited on FTO substrates. The XRD results showed that as-deposited films were amorphous so films were subjected to annealing process and anatase-rutile transformation was observed. Band gap values decreased after annealing; 3.45-3.29 -3.15 eV, respectively. Under 500°C deposition temperature and 0.05 mbar, 0.2 mbar oxygen pressures, thin films were deposited on ITO substrates. XRD results showed that as-deposited films were anatase+rutile mixed phase and anatase phase, under these pressures. Band gaps were 3.28-3.33 eV respectively. Second part was obtaining the Cu2O phase by adjusting the oxygen partial pressure. Under 0.2 mbar Ar atmosphere and 2x10-4mbar-2x10-2 mbar oxygen partial pressures, samples were deposited on TiO2 layers which were growth on FTO. Third part was applying the individual layer deposition parameters to overall photovoltaic cell. Overall PV structure was poor anatase and Cu2O phases. To investigate the electrical properties of photovoltaic cells, an illumination set-up was arranged. Set-up properties and sample response results under illumination were discussed in the results part. Key words:Photovoltaic cells, semiconductor, p-n junction, thin film, transmittance, absorbance, band gap.
Kimyasal depolama yöntemiyle elde edilmiş MnS ince filmlerin özelliklerine ısısal tavlamanın etkisi
Bu çalışmada, MnS yarıiletken filmleri farklı depolama sürelerinde ve farklı sıcaklıklarda (27-40-50-60-70-80 oC) cam alttabanlar üzerine kimyasal depolama yöntemiyle elde edilmiştir. X-ışını kırınım desenlerinden filmlerin kristal ve hekzagonal yapıda oldukları saptanmıştır. Absorpsiyon spektrumu ölçümlerinden filmlerin doğrudan bant aralığına sahip olduğu ve yasak enerji aralığının 3.7-3.9eV arasında değiştiği belirlenmiştir. I-V ölçümlerinden ohmik iletim mekanizması gözlenmiştir. Filmlerin elektriksel iletkenlik değerleri (1-8).10-6(?.cm)-1 arasındadır. Elde edilen filmler 100-200-300-400-500 ºC'de azot ortamında bir saat tavlama işlemine tabi tutulmuş ve tavlamanın optiksel ve yapısal özellikler üzerine etkisi araştırılmıştır. Sıcaklığa bağlı akım ölçümlerinden aktivasyon enerjileri 0.2-0.58 eV bulunmuştur.
Cu2O ince filmlerin fiziksel özellikleri üzerinde NaOH molar konsantrasyonunun etkisi
Bu çalışmada, Cu2O ince filmleri NaOH farklı molar konsatrasyonlarında (1 M, 2 M ve 4 M) ve farklı alttabanlar (cam ve ITO) üzerinde 60 °C depolama sıcaklığında 30'ar daldırma döngüsünde Ardışık Iyonik Tabaka Adsorpsiyon ve Reaksiyonu (SILAR) yöntemi ile hazırlandı. Cu2O ince filmlerin özellikleri (yapısal, morfolojik ve optik) NaOH molar konsantrasyonuna ve alttabanlara bağlı olarak incelendi. Cu2O ince filmlerin X-ışını kırınımı analizlerinden; filmlerin kristalleşmesinin NaOH molar konsantrasyonuna ve alttabanlara bağlı olduğu tespit edildi. Elde edilen tüm filmlerin (111) düzlemi boyunca tercihli bir yönelim gösterdiği ve kübik fazda polikristal yapıda oldukları görüldü. NaOH konsatrasyonunun artışı ile filmlerin kalınlık değerlerinin arttığı ve buna bağlı olarak oda sıcaklığındaki geçirgenlik ( %T ) değerlerinin azaldığı görüldü. NaOH konsatrasyonunun ve alttabanların Cu2O ince filmlerin FE-SEM görüntülerinde ve oda sıcaklığındaki optik özelliklerinde önemli sayılabilecek değişiklikler sağladığı görüldü.
Tekli RF plazma metodu ile üretilmiş amorf hidrojenlenmiş karbon ince filmlerin optik bant aralıklarının plazma akış hızına bağlı incelenmesi
Bu çalışmada, 0,2 torr plazma kazanı basıncı altında 15 dakika süresince 100 W elektrik gücü kullanılarak 40 MHz frekans altında oluşturulan plazmaya maruz bırakılarak plazma depozisyon tekniği ile üretilen a-C:H ince filmlerin optik bant aralıklarının, kazanda uygulan gaz akış hızı parametresine bağlı değişimi incelenmiştir. Üretilen ince filmlerin kalınlıkları, 2 cm3/dakika akış hızında üretilen ince film için 585 Å, 3 cm3/dakika akış hızında üretilen ince film için 758 Å ve 4 cm3/dakika akış hızında üretilen ince film için ise 684 Å olarak bulunmuştur. Plazma frekansının ince film kalınlığı üzerinde herhangi önemli bir etkisi olmadığı ve benzer şekilde plazma akış hızı ile film kalınlığı arasında doğrudan bir bağlantı kurmanın mümkün olmadığı açığa çıkmıştır. 2, 3 ve 4 cm3/dakika akış hızlarında üretilen ince filmler optik geçirgenlik deneylerine tabi tutulmuştur. Kullanılan ışığın dalgaboyuna ve enerjisine bağlı soğurma katsayıları, her bir akış hızı parametresinde üretilmiş ince film için optik geçirgenlik deneyleri sonucu elde edilen veriler kullanılarak hesaplanmıştır. Soğurma katsayıları kullanılarak yapılan analizler sonucu 2, 3 ve 4 cm3/dakika akış hızlarında üretilen ince filmlerin optik bant aralıkları sırasıyla 1,41 eV, 1,48 eV ve 1,42 eV olarak hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar, yine literatürde benzer şartlarda üretilen ince filmler için elde edilen sonuçlar ile kıyaslanmıştır. Üretilen ince filmlerin optik bant aralıklarının gaz akış hızı parametresine nasıl bir bağlılık gösterdiğini açıklayan matematiksel bir eğri denklemi oluşturulmuştur. Bu denklem kullanılarak, günümüz kızılötesi iletişim teknolojisinde kullanılan elektromanyetik dalgalara ait bazı dalgaboyu ve enerji değerlerinde, yüksek verimle çalışması olası olacak cihazlarda kullanılabilecek ince filmlerin hangi üretim şartlarında üretilebileceği öngörülmüştür. Çalışmanın sonunda, ince filmlerin gerçek yaşam uygulamalarında kullanılabilirliğini artırma amaçlı bir çalışma önerisi sunulmuştur.