Kimyasal banyo yöntemiyle elde edilen Cd1-xCoxS ince filmlerin bazı yapısal, elektriksel ve optik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, II–VI grubu yarıiletkeni olan CdS ince filmlerinin bazı fiziksel özelliklerine kobalt katkısının etkisi araştırıldı. Cd1-xCoxS (0 x 0,1) ince filmleri kimyasal banyo yöntemiyle cam altlıklar üzerinde elde edildi. Bu filmlerin yapısal, elektriksel ve optik özellikleri araştırıldı. İnce filmlerin kalınlığı yaklaşık olarak 152–130 nm civarında olduğu belirlendi. X-ışını kırınım desenlerinden, elde edilen örneklerin kristal yapısının karışık faza sahip olduğu belirlendi. Kobalt katkısı ile örneklerin tane boyutunun yaklaşık 200 nm'den 100 nm'ye doğru azaldığı görüldü. Cd1-xCoxS ince filmlerinde katkı miktarı arttıkça örneklerin bileşim oranının bozulduğu belirlendi. Kobalt katkısının örneklerin optik geçirgenliğini %85'den %65 civarına azalttığı görüldü. Cd1-xCoxS ince filmlerinin kübik ve hegzagonal faza ait olan çift yasak bant aralığına sahip olduğu tespit edildi. Kübik faza ait olan bant aralığı kobalt katkısı ile 2,37 eV'tan 2,41 eV'a doğru artarken hegzagonal faza ait olan bant aralığı 2,97 eV'tan 2,88 eV'a doğru azaldı. Kobalt katkısı ile örneklerin özdirenci artarken taşıyıcı yoğunluğunun ve elektron hareketliliğinin azaldığı tespit edildi.Elde edilen filmlerin bir kısmı 473, 573 ve 673 K sıcaklığında ve 210–2 torr'luk vakum ortamında 20 dakika tavlandı. Tavlanan numunelerin x-ışını kırınım desenlerinde yeni bir pik görülmedi. Tavlanmış örneklerin kristal yapısının karışık faz olduğu belirlendi. Tavlamanın x = 0,075 ve x = 0,1 oranında Co katkılı örneklerin tane boyutunu değiştirmediği görüldü. Diğer örneklerin tane boyutu tavlama sonrası arttı. Tavlama ile örneklerin bileşim oranının iyileştiği tespit edildi. Tüm örneklerde kübik faza ait yasak band aralığı tavlama sonrası azalırken hegzagonal faza ait band aralığının arttığı görüldü. Tavlama sonrası örneklerin özdirenç değerleri azalırken taşıyıcı yoğunluğunun ve elektron hareketliliğinin arttığı belirlendi.

In this study, the effects of the doping cobalt on the CdS thin films, which are II-VI group semiconductor, have been investigated. Cd1-xCoxS (0 x 0,1) thin films were prepared on glass substrates by chemical bath deposition technique. The structural, electrical and optical properties of these thin films were investigated. The thickness of the thin films were about 152–130 nm. The crystal structure of prepared samples had the mixed phase. The grain size of the samples decreased from 200 nm to 100 nm with cobalt doping. Stoichiometry of the samples deteriorated with the doping concentration increases. Cobalt doping decreased the optical transmittance of the samples from 85% to 65%. Cd1-xCoxS thin films had two band gap, which are belong to cubic and hexagonal phase. The band gap of the hexagonal phase decreased from 2,97 eV to 2,88 eV as the band gap of the cubic phase increased from 2,37 eV to 2,41 eV with cobalt doping. The carrier concentration and the electron mobility of the samples decreased, and the resistivity of the samples increased with Co doping.Several thin films were annealed at 473, 573 and 673 K for 20 minutes in the vacuum of 210–2 torr. In the XRD patterns of the annealed samples were not appeared a new peak. The crystal structure of the annealed samples had the mixed phase. The grain size of Co doped samples for x = 0,075 and x = 0,1 ratios was not changed after the annealing. The grain size of the other samples increased with annealing. Stoichiometry of the annealed samples was improved. For all samples the band gap of the hexagonal phase increased as the band gap of the cubic phase decreased after the annealing. The carrier concentration and the electron mobility of the annealed samples decreased, and the resistivity of the annealed samples increased.