Nano yapılı Cuo ve Cu2O geçiş metal oksitlerin görünür bölgede fotodedektör uygulamaları
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: FEVKANİ YILDIZ
Danışman: Mutlu Kundakçı
Özet:Bu çalışmada ilk amacımız, cam ve n-tipi silisyum altlık üzerine nano parçacıklı CuO ve Cu2O ince filmleri büyütmek, büyütülen ince filmlerin bazılarını sülfürlemek ve sülfürlemenin ince filmlerin yapısal, morfolojik ve optik özellikleri üzerine etkisini belirlemektir. Daha sonra, büyütülen CuO ve Cu2O ince filmleri kullanarak Al/CuO/Al ve Al/Cu2O/Al yapılı metal-yarıiletken-metal (MSM) fotodedektörlerin fabrikasyonunu yapmak, elektromanyetik spektrumun görünür bölgesinde opto-elektronik özelliklerini incelemek ve CuO ve Cu2O katmanlarının MSM fotodedektörlerin opto-elektronik özellikleri üzerine etkisini belirlemektir. Son olarak ise, sülfürlenmiş CuO ve Cu2O ince filmleri kullanarak Al/CuO/Al ve Al/Cu2O/Al yapılı metal-yarıiletken-metal (MSM) fotodedektör fabrikasyonu yapmak ve sülfürlemenin MSM fotodedektörlerin opto-elektronik özellikleri üzerine etkisini belirlemektir. Bu çalışmada, ince filmlerin büyütüleceği cam ve n-tipi silisyum altlıklar temiz odada bir dizi temizlik işleminden geçirildi. Temizlenen cam ve n-tipi silisyum altlık yüzeyine nano parçacıklı CuO ve Cu2O ince filmlerin biriktirilmesinde, ince film biriktirme tekniklerinden fiziksel buhar biriktirme (PVD) yöntemi olan, DC magnetron saçtırma (DC Sputter) yöntemi kullanılmıştır. Cam ve n-tipi silisyum yüzeyine biriktirlen CuO ve Cu2O ince filmlerden bazılarına kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle sülfürleme işlemi uygulanmıştır fabrikasyonu yapılan ince filmlerin yapısal analizi için XRD ölçüm tekniği, morfolojik özelliklerinin belirlenmesi için SEM ölçüm tekniği ve optik özelliklerinin belirlenmesi için soğurma ölçüm tekniği kullanılmıştır. Al/CuO/Al ve Al/Cu2O/Al MSM yapılarının elde edilebilmesi için, sülfürlenmiş CuO ve Cu2O ince film yüzeyine, termal buharlaştırma tekniği kullanılarak bir maske yardımıyla tarak şeklinde alüminyum IDE kontaklar oluşturuldu. Fotodedektörlerin akım-gerilim ölçümleri Keithley 2400 Sourcemeter, foto akım-zaman ölçümleri Keithley 487 Picoammeter/Voltage Source, iki nokta prop istasyonu, ve 100 mW/cm2 ışık yoğunluğuna sahip AM 1,5 Class A solar simulator kullanılarak karanlıkta ve ışık altında yapılmıştır. Fotodedektörlerin dalga boyuna karşı spectral tepkisi ölçümü için ise PTS-2-QE IPCE/Kuantum Verimi Ölçüm Sistemi kullanılmıştır. CuO ve Cu2O ince filmlerin ve sülfürlenmiş CuO ve Cu2O ince filmlerin XRD verileri incelendiğinde, sülfürleme işleminin ince film kompozisyonunu değiştirdiği görülmüştür. Sülfürleme işlemiyle CuO ve Cu2O ya ait piklerin FWHM değeri ve tane sınırı azalırken kristal tanecik boyutunun arttığı görülmüştür. Sülfürlenmiş ve sülfürlenmemiş CuO ve Cu2O ince filmlerin SEM görüntüleri incelendiğinde, ince filmlerin altlık yüzeyine homojen bir şekilde büyüdüğü, sülfürleme işlemiyle film yüzeyinde yeni yapıların oluştuğu ve sülfürlenmiş ince filmlerin daha büyük kristal tanecik yapıya sahip olduğu görülmüştür. Aynı zamanda, SEM görümtülerinin XRD verileriyle uyumlu olduğu da görülmüştür. Sülfürlenmiş ve sülfürlenmemiş CuO ve Cu2O ince filmlerin optic soğurma ölçümleri incelendiğinde, sülfürleme işlemiyle daha büyük dalga boylarında soğrumanın başladığı ve dolayısıyla sülfürleme işlemiyle yasak enerji aralıklarının azaldığı görülmüştür. Sülfürlenmiş ve sülfürlenmemiş CuO ve Cu2O ince filmler kullanılarak fabrikasyonu yapılan Al/CuO/Al ve Al/Cu2O/Al yapılı metal-yarıiletken-metal (MSM) fotodedektörlerin elektriksel ve optik ölçümleri incelendiğinde, sülfürlenmiş CuO ve Cu2O ince filmler kullanılarak fabrikasyonu yapılan fotodedektörlerin elektriksel ve optik özelliklerinin daha iyi olduğu görülmüştür. Sülfürleme işlemiyle ince filmlerin yapısal, morfolojik ve optik özellikleri değiştirilerek kristal kaliteleri arttırılabilir ve yasak enerji aralıkları değiştirilebilir. Ayrıca, sülfürleme zamanı değiştirilerek daha kaliteli bir kristal yapıya sahip olunabilir. Sülfürleme zamanına bağlı olarak yasak enerji aralığının değişiminin de incelenmesine ihtiyaç vardır. Bununla birlikte sülfürlemenin fotodedektörlerin elektriksel ve optik özellikleri üzerine de olumlu etkileri vardır. Fotodedektörlerin elektriksel ve optik özelliklerinin iyileştirilmesi için sülfürleme işleminin uygulanması yanında farklı kontak malzemeleri de kullanılabilir. Fabrikasyonunu yaptığımız fotodedektörlerin görünür ışık altında elde edilen elektriksel ve optik ölçüm sonuçları onları, optoelektronik cihaz uygulamaları için bir fotodiyot olarak elektromanyetik spektrumun görünür bölgesinde kullanılabilirliğine dair iyi bir aday yapar.