Electrical properties and device applications of atomic layer deposited ZnO and GaN thin films

3.37 eV bant aralığına sahip olan çinko oksit, ZnO birçok elektronik ve opto-elektronik uygulama için gelecek vaad eden bir materyaldir. Bu materyalin en önemli özelliklerinden biri yüksek eksiton bağlanma enerjisi (60 meV) olup bu özellik çinko oksidi mor ötesi ışık yayan diyotlar ve lazerler için güçlü bir aday malzeme yapar. Buna ek olarak yüksek elektron hareketliliği ve gözle görünür dalga boylarında saydam olması ZnO tabanlı saydam elektronik uygulamaların potansiyelini güçlendirmektedir. Her ne kadar çok çeşitli uygulamalarda kullanılabilirliği test edilmiş olsa da, şu ana kadar bu materyalin termal görüntüleme alanlarındaki uygulaması çalışılmamıştır. Bu tezin ZnO ile ilgili kısımlarında, atomik katman kaplama tabanlı ZnO ince filmlerin özdirençleri, bu filmlerin çeşitli metallerle aralarında olan kontak direnci, sıcaklığa bağlı direnç değişim katsayısı (TCR) ve bu filmlerin frekansa bağlı elektriksel gürültü özellikleri araştırılmıştır. Bu materyalin, yüksek TCR ve termal görüntülemeye uygun gürültü değerlerine sahip olduğu gösterilmektedir. Bu özellikleri sayesinde, ZnO termal görüntüleme uygulamalarında alternatif bir materyal olarak literatüre kazandırılmaktadır. GaN başka bir geniş bant aralığına sahip yarı iletken materyal olup geçtiğimiz yıllar içerisinde elektriksel ve optik uygulamalarda kullanılabilirliği yoğun bir şekilde araştırılmıştır. Özellikle bu materyalin elektronlarının sahip olduğu yüksek doygunluk hızı, yüksek güç uygulamalarında GaN'ın kullanım potansiyelini artırmıştır. Aynı zamanda çalışma prensibi AlGaN ve GaN arasında oluşan 2 boyutlu elektron gazına dayanan yüksek elektron mobilite transistorlar yüksek hız içeren uygulamalarda kendilerine önemli bir yer edinmişlerdir. Günümüzde, GaN kaplaması için en sık kullanılan metotlar metal organik kimyasal buhar kaplama metodu ve moleküler demet epitaksisidir. Bu teknikler kullanıldığında yüksek kristal kalitesine sahip filmler elde edilmektedir ancak, filmlerin kaplama sıcaklıkları uygulama alanlarını kısıtlamaktadır. Bu materyali düşük sıcaklık kaplamaları içeren bükülebilir saydam elektronik endüstrisine kazandırmak için oyuk katot plazma katkılı atomik katman kaplama tekniği kullanılmıştır ve GaN ince filmler 200°C'de başarılı bir şekilde poli kristal yapıya sahip olarak üretilmiştir. Bu tezin GaN ile ilgili kısımlarında, ince filmlerin özdirençleri ve Ti/Au metalleri ile sahip olduğu kontak dirençleri tavlamanın etkileri de eklenerek incelenmiştir. Daha sonar atomik katman kaplama metodu ile kaplanan GaN tabanlı ilk ince film transistor üretilmiş ve elektriksel karakterizasyon sonuçları detaylı bir şekilde tartışılmıştır. Son olarak, literatürdeki bilinen en düşük fabrikasyon sıcaklığına sahip ( kullanılan en yüksek kaplama sıcaklığı 250°C'dir. ) GaN kanallı ince film transistorlar üretilmiştir. Üretilen aygıtın elektriksel özellikleri ve dayanıklılığı incelenmiş olup sonuçlar tartışılmıştır. Bu çalışmanın, GaN tabanlı dayanıklı bükülebilir elektronik uygulamalarda öncü çalışmalar olacağına inanılmaktadır.