2 9 . C a m S e m p o z y u m u / 2 9 . G l a s s S y mp o s i u m - 0 7 K a s ı m 2 0 1 4 / 0 7 N o v e m b e r 2 0 1 4 Kadir Has Üniversitesi Cibali Kampüsü – Balat / İstanbul (D Blok Büyük Salon: 3. Oturum 15:30 -15:50) ELEKTRONİK AYGIT UYGULAMALARI İÇİN CAM ÜZERİNE GALYUM KATKILI ÇİNKO OKSİT GEÇİRGEN-İLETKEN İNCE FİLM ÜRETİMİ Gündoğdu Şahin¹, A. Halis Güzelaydın², Enver Tarhan¹ ¹İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Fizik Bölümü ²İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü [email protected], [email protected] , [email protected] Halis Güzelaydın, 1984 yılında İzmir' de doğdu. İlköğretimini Şehit Muzaffer Erdönmez İlköğretim Okulunda, ortaöğrenimini Konak Anadolu Lisesinde tamamladı. Lisans derecesini Dokuz Eylül Üniversitesi Metalürji ve Malzeme Mühendisliğinden aldı. Yüksek Lisans derecesini İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü Malzeme Bilimi ve Mühendisliğinde tamamladı. Halen İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü Malzeme Bilimi ve Mühendisliğinde doktora çalışmalarına devam etmektedir. ÖZET Çinko oksit (ZnO); eczacılık, gıda, kozmetik gibi birçok alanda kullanım yeri olan bir malzemedir. Günümüzde çinko oksit, mor ötesi engelleyici cam kaplamalarında, tıbbi plasterlerde, varistör, diyot, transistör gibi elektronik devre elemanlarında, güneş pilleri, LED, OLED ve kapasitif dokunmatik LCD ekranlar için geçirgen iletken elektrotlarda, ışık ve gaz sensörlerinde, piezoelektrik malzemelerde ve bunlar gibi daha pek çok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. 20. yüzyılın ilk çeyreğinden beri, gelişen fiziksel ve kimyasal karakterizasyon teknikleriyle birlikte çinko oksit üzerine yapılan araştırmalar da giderek artmaktadır. Çinko oksidin bir yarı iletken olarak karakterize edilmesi ve üretilmesi onlarca yıl öteye dayanır. Oda sıcaklığındaki (300 K) 3.37 eV’lik geniş ve direkt enerji bant aralığı, 60 meV ekziton bağlanma enerjisi, doğal n-tipi iletkenlik gibi üstün özelliklere sahip çinko oksit, yaygın olarak bulunabilmesi, görece kolay üretim ve işlenebilirliği ile geçirgen iletken oksit bir malzeme olarak özellikle optik ve elektronik alanlarında ince film olarak üretilip kullanılmaya başlanmıştır. Çinko oksidin, optoelektronik ve fotovoltaik aygıtlarda geniş kullanım alanı bulunan galyum nitrat (GaN) gibi bileşik yarıiletken malzemelere alternatif olarak konumlandırılması doğrultusunda araştırmalar yürütülmektedir. Çinko oksit, yapısından gelen doğal ve baskın n-tipi iletkenliğe sahiptir. Doğal n-tipi iletkenliğinin baskınlığı, çinko oksitte kararlı ve tutarlı p-tipi iletkenlik geliştirilmesini zorlaştırmaktadır. Bu da, p-n yarıiletken çifti gerektiren güneş pili, ışık yayan ya da lazer diyot ve transistör gibi uygulamalarının çinko oksit ile gerçekleştirilmesine şimdilik engel Bildiri Özetleri / Abstracts • Araştırma ve Teknolojik Geliştirme Başkanlığı / Research and Technological Development Presidency - 1 2 9 . C a m S e m p o z y u m u / 2 9 . G l a s s S y mp o s i u m - 0 7 K a s ı m 2 0 1 4 / 0 7 N o v e m b e r 2 0 1 4 Kadir Has Üniversitesi Cibali Kampüsü – Balat / İstanbul (D Blok Büyük Salon: 3. Oturum 15:30 -15:50) teşkil etmektedir. Yapılan araştırmalar, bu baskın doğal n-tipi iletkenliğin çinko oksit yapısında bulunan hidrojen safsızlıkları nedeniyle oluştuğunu ortaya koymuştur. Yakın geçmişe kadar kararlı ve tutarlı p-tipi iletkenliğe sahip çinko oksit üretimi tam olarak gerçekleştirilememişti ve bunun en büyük sebepleri baskın n-tipi iletkenlik ve hidrojen safsızlıklarının varlığıydı. Ancak yapılan son çalışmalar, çinko oksitte kararlı ve tutarlı ptipi iletkenliğe adım adım yaklaşıldığını göstermektedir. Geçtiğimiz yıl, özellikle eşkatkılama teknikleri kullanılarak p-tipi iletkenlik problemi büyük ölçüde aşılmıştır. Çinko oksit, birçok farklı element ile (galyum, hidrojen, alüminyum, azot v.b.) katkılanarak elektronik ve optik özellikleri uygulama alanına göre özelleştirilebilir. Bu durum çinko okside muadilleri karşısında büyük avantaj sağlar. Baskın doğal n-tipi iletkenliği, çok çeşitli katkılanabilirlik ve bunların optoelektronik özelliklerine etkileri sayesinde çinko oksit, karışık yapılarla beraber ya da doğrudan kendi n-tipi iletkenlik özelliği daha da geliştirilerek elektronik, optik, optoelektronik ve fotovoltaik uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu çalışmada, geleneksel geçirgen iletken oksit malzemelerin yerine geçebilecek çinko oksit ince filmler, literatürde yer alan daha önceki çalışmalarda fotoiletkenlik özelliğini geliştirdiği gözlenen galyum ile safsızlaştırılmış olarak radyo-frekans magnetron saçırtma tekniği ile cam üzeride üretilecektir. Sonrasında, üretilen ince filmler %10’luk sodyum hidroksit çözletisi ile işlenerek hidrojenize edilecektir. İnce filmler, çok yüksek vakum haznesinde, seramik çinko oksit ve galyum oksit hedefler kullanılarak argon plazması altında üretilecektir. Üretilen filmlerde, galyumun kütle yüzdesi belirli aralıklarda değiştirilerek ve film yüzeyine uygulanan sodyum hidroksit çözeltisi uygulama süresi ve sıcaklığı değiştirilerek optimizasyon yapılacaktır. Bütün bu optimizasyon çalışmaları cam alttaşlar üzerine yapılacaktır. Cam üzerinde üretilen ince filmlerin, elektriksel, optik ve yapısal özellikleri incelenecektir. Elektriksel özellikler, iletkenlik, yük hareketliliği, yük taşıyıcısı konsantrasyonu; optik özellikler, ışık geçirimi, fotolüminesans, yansıtma, soğurma; ve yapısal özellikler, kristalleşme, film kalınlığı, yüzey morfolojisi, tane boyutu başlıkları altında, akım-voltaj ölçümü, dört nokta ölçüm ucu, X-ışını kırınımı, atomik kuvvet mikroskobu, taramalı elektron mikroskobu, fotolüminesans, mor ötesi ve görünür bölge spektroskopisi ile Raman spektroskopisi teknikleri kullanılarak karakterize edilecektir. Elde edilen bulgular doğrultusunda optimize edilmiş çinko oksit filmler elektronik aygıt uygulamaları için kaliteli ve yüksek verimli geçirgen iletken oksit elektrot malzemesi olarak geliştirilecektir. Üretilecek olan çinko oksit ince filmlerde; görünür bölgede %80’in üzerinde optik geçirgenlik, mor ötesi bölgede artmış geçirgenlik, 1020 cm-3 düzeylerinde yüksek yük taşıyıcı yoğunluğu, artmış yük hareketliliği, 10-4 ?.cm düzeylerinde düşük elektriksel direnç, yapısal kararlılık ve oksitlenme, nemlenme gibi etkilere karşı yüksek dayanım öngörülmektedir. Anahtar Sözcükler: çinko oksit, geçirgen iletken oksit, galyum, sodyum hidroksit Bildiri Özetleri / Abstracts • Araştırma ve Teknolojik Geliştirme Başkanlığı / Research and Technological Development Presidency - 2
© Copyright 2024 Paperzz
