Kalkojenit temelli nanokompozit ince filmlerin üretilmesi ve optoelektronik cihaz uygulaması

Günümüzde, ITO, FTO gibi n-tipi şeffaf iletken materyaller ticari seviye birçok optoelektronik cihaz uygulamasında kullanılabilecek gelişimi yakalamışken, performansı yeterince yüksek p-tipi şeffaf iletken ince-film materyaller henüz geliştirilememiştir. Bu nedenle, bu tez çalışmasında termal buharlaştırma yöntemi kullanılarak, nanokompozit yapılı (CuS)x:(ZnS)1-x p-tipi şeffaf iletken ince-filmlerin üretilmesi üzerine çalışmalar yürütülmüştür. Bakır sülfür ve çinko sülfür mikro-tozlarının belirli oranda karıştırılmasıyla hazırlanan pellet kaynaklardan termal buharlaştırma yöntemiyle Si ve cam alttaşlar üzerine farklı x değerleri için (CuS)x:(ZnS)1-x ince-filmler büyütülmüştür. Üretilen bu numunelerin X-ışını kırınımı analiziyle iki bileşiğe de ait nano-kristallerinden oluştuğu ve kristal tane boyutlarının (CuS)0,49:(ZnS)0,51 numunesinde 30 ile 86 nm aralığında değiştiği belirlenmiştir. FESEM analiziyle alınan yüzey ve kesit görüntülerinden hem yüzeyin oldukça düzgün ve homojen olduğu hem de kalınlığın üretim esnasında ölçülen değerler (50 nm) ile tutarlı olduğu belirlendi. Ayrıca, FESEM incelemesi sırasında yapılan EDS analiziyle de elementel kompozisyonları belirlendi. Moleküler yapıyı ve bileşen elementlerin iyonik durumlarının incelenmesi için XPS analizi yapıldı, elde edilen bulgularla XRD analizinden elde edilen bulgular doğrulandı. UV-Vis spektrofotometre ölçümleri uygulanarak filmlerin 550 nm dalgaboyundaki optik geçirgenliklerinin %65 ile %83 arasında değiştiği, yani oldukça şeffaf oldukları belirlendi ve enerji bant aralığı (Eg) değerleri Tauc metodu kullanılarak hesaplandı. Hall Etkisi ölçümleriyle elektriksel parametreler belirlendi. (CuS)0,49:(ZnS)0,51 numunesinde 5,24×1021 cm-3 hol konsantrasyonu, 1,69 cm2·V-1·s-1'lik mobilite değerleri ve 1420 S/cm gibi çok yüksek bir p-tipi iletkenlik değeri ölçüldü. Böylesine yüksek hol konsantrasyonuna sahip olmasının nedeni moleküler analiziyle açıklandı. Tüm bunlara ek olarak nanokompozit yapılı (CuS)x:(ZnS)1-x ince-filmlerden Si tabanlı üç tane fotodiyot da üretildi. Spektral fotoakım ölçümleriyle yapılan analizlerle çoğu ticari seviye fotodiyotu aşan foto-duyarlılık ve dedekte edebilme kabiliyetine sırasıyla, 11,4 A/W ve 3,2×1013 Jones değerleriyle sahip olduğu belirlendi. Bununla beraber, yüzde yüzü aşan az rastlanır EQE (kuantum verimi) değeri %2,85×103 (p-CZS49/n-Si için) elde edildi.