SILAR ve dönel kaplama metotları kullanılarak büyütülen çinko oksit (ZnO) ince filmlerde uyarılmış emisyonun incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, silisyum altlık üzerine SILAR ve dönel kaplama yöntemleri kullanılarak çinko oksit yarıiletken tabakası büyütülmüştür. Altlık olarak p-tipi ve n-tipi silisyum kullanılmış, elde edilen numunelerin analizi ile iki yöntemin üstünlükleri ve eksiklikleri incelenmiştir. Elde edilen yapıların yüzey morfolojilerinin ve kristal yapılarının incelenmesi için sırasıyla taramalı elektron mikroskobu (scanning electron miscroscope - SEM) ve X-ışını kırınımı (X ray diffraction - XRD) ölçümleri yapılmış ve optik özelliklerinin incelenmesi için fotolüminesans (photoluminescence - PL) ölçümleri alınmıştır. SEM ölçüm sonuçlarından yüzeylerin homojen yapıda olduğu ve yüzeylerde nano çubukların oluştuğu, XRD ölçümlerinden ZnO piklerinin varlığı gözlemlenmiştir. PL ölçümlerinden de numunelerin 380 nm dalgaboyu civarında emisyon yaptığı görülmüştür. Tüm ölçüm sonuçları göz önüne alındığında, dönel kaplama yönteminin SILAR yöntemine göre daha avantajlı olduğu ortaya çıkmıştır. Ayrıca iki boyutlu ZnO ince film yapısı modellenmiş ve ZnO rastgele lazer simülasyonu zaman uzayında sonlu farklar metodu ile gerçekleştirilmiştir. Elde edilen model farklı pompalama miktarları için simüle edilmiş ve uyarılmış emisyon eşiğinin üstünde ve altında emisyon özellikleri incelenmiştir.

In this study, Zinc Oxide (ZnO) semiconductor layers were deposited on silicon substrates by using SILAR and spin coating methods. p-type and n-type silicon wafers were used as the substrates. The advantages and disadvantages of the two deposition methods were investigated by analyzing obtained samples. In order to observe the surface morphologies and crystal structures of the samples, scanning electron microscopy and X-ray diffraction measurements were taken and photoluminescence (PL) measurements were used to investigate the optical properties of the samples. The results of the SEM measurements showed that the surfaces were homogeneous and ZnO nano-rods were formed on the sample surfaces. The peaks belong to ZnO were observed from the XRD measurement results. The emissions around 380 nm wavelength were observed from PL measurements. When all obtained results were considered, it was realized that the spin coating method was more advantageous than the SILAR method. Besides, two-dimensional ZnO thin film structure was modelled and simulated by using finite-difference time-domain method. The simulation results for different pumping levels were obtained. The emission characteristics above and below the simulated emission threshold were investigated.