Yarıiletken ZnSe ince filmlerinin optik ve iletkenlik özellikleri

Abstract

ÖZET 10~ Torr basınç altında termal buharlaştırma yöntemi ile kuartz cam taşıyıcılar üzerine, taşıyıcı sıcaklığına bağlı olarak, 99.9999 saflığındaki ZnSe hacimli kristallerden, kalınlıkları 500 A° ve 2000 A° arasında değişen ZnSe filmleri hazırlandı. Taşıyıcı sıcaklıklar! 100°C ile 210°C arasında değişen filmlerin X-işinlari kırınım ölçümlerinden kristal yapının (111) ekseni boyunca kübik yapıda oluştuğu belirlendi. Bu filmlerin (111) piklerinin yarı genişliklerinden Scherrer formülü ile belirlenen kristalleşme büyüklüklerinin 420 A° ile 280 A° arasında değiştiği görüldü. Filmlerin optik geçirgenlik ölçümleri oda sıcaklığında yapildı. Geçirgenlik spektrumlarindan dalga boyuna bağlı olarak, kırılma indisleri n, sönüm sabitleri k ve bunlara bağlı olarak absorbsiyon katsayıları a, computer programı yardımı ile hesaplandı. Optik absorbsiyon ve foto emisyon çalışmalarından filmlerin doğrudan geçişli band aralıklarına sahip oldukları ve bunların 2,62 eV ile 2,72 eV arasında değiştiği belirlendi. Kirılma indisi n ve sönüm sabiti k değerlerinden reel (e,) ile kompleks (e^) dielektrik katsayıları hesaplandı. Kompleks dielektrik katsayısı (e~) spektrumu içinde gözlenen piklerden M veya M. tipi bandlararasi kritik nokta geçişlerine karşilik gelen yapi belirlendi. Ayrıca bu spektrumu içinde lY -> L? bandlararası geçişe katkıda bulunan hiperbolik eksiton gözlendi. Taşiyıci sıcaklığı 180 olan filmlerde spin-orbit etkileşimleri ile valans bandda 0,460 eV'luk yarılma gözlendi. Bu yarılma ile valans band Y` ve Tg bandlarina ayrıldığı bulundu.Filmlerin oda sıcaklığında, Stokes ve Antistokes uyartma ile yapılan foto emisyon ölçümlerinde, bütün filmlerde ortak olarak 4700 A 'da kenar emisyonu ve 5100 A 'da kendiliğinden etkin emisyon bandı gözlendi. Bu bandlardan 4700 A° mavi emisyon bandını 5100 A°'daki band ise yeşil emisyon bandını verdiğinden, termal buharlaştır ma yöntemi ile elde edilen ZnSe filmlerinin oda sıcaklığında mavi ve yeşil emisyon bandına sahip oldukları belirlenmiştir. ZnSe filmlerinin gümüş elektrodlarla sandöviçlenerek hazırlanan iletkenlik örneklerinde simetrik yapıya ait diod özellikleri görüldü. Ters gerilim altında ölçülen I-V belirtgenlerinden I doyma akımı 2 fxA ve E Fermi enerjisinin 0,1 eV ile 0,15 eV arasında ve ara yüzeyde oluşan potansiyel engelinin ise 0,818 eV'da oluştuğu belirlenmiştir. Bütün örneklerde V^. kırılma potansiyelinin 1,1 V ile 1,2 V arasında değiştiği görülmüştür. Schottky engeli değerlerinden ZnSe filmlerinin iş fonksiyonu ise 3,412 eV olarak bulunmuştur.

SUMMARY ZnSe thin films were prepared on quartz glass substrates by the vacuum deposition method using %99.9999 pure bulk ZnSe crystal. During the deposition the pressure in the vacuum chamber was maintaine at 1x10` Torr and the substrate was heated at the temperatures 100°C, 150°C, 180°C and 210°C. Thickness of the ZnSe films obtained between 500 A°- 2000 A°. The crystal structure and the grain size of these films were measured by x-ray diffraction. The x-ray diffraction patterns indicate that the films of ZnSe are crystalline in the cubic structure parallel to (111) planes. The grain size was calculated from the formula of Scherrer using the half-width of the (111) di fraction peak. The optical transmission measurements were performed for normal incidence and at room temperature. The refractive inde)» n, extinction index k and absorption constant a were determined using the Eureka computer programme for this transmission data. This procedure evaluates the real and imaginary parts of the dielectric function and also the band gaps of ZnSe films. The optical band gaps of these films were evaluated between 2,62 eV and 2,72 eV. The imaginary part of the dielectric function (c2) exhibits two major peaks. The first structure M, and second structure M-, have been attributed to the critical point transitions between the valance and the conduction bands. The interband transition energies E and E1 were obtained from these critical points. The interband transition E and En have been attributed to the rY,- -> r? v c ° 1 15 1 and L3 -» L1 transitions. In addition in the (e2) spectra a metastable continium exciton that contributes to E- structure was observed. Stokes and anti -Stokes luminescense of the ZnSe films was measured at room temperature. The luminscense of theZnSe films is dominated by near-band-edge blue emission at around 4700 A° and self-activeted green emission at around 5100 A°. ZnSe films sandwiched between silver electrodes displayed the current -voltage characteristics of diodes with a symmetri structure. When a reverse voltage is applied to the sample its saturation current is about 2jiA and its Fermi energy is about 0,15 eV below the conduction band of ZnSe. The potential barrier produced at the Ag-ZnSe interface was found to be about 0,818 eV. Dielectric break down was seen between 1,1 eV, and 1,2 eV in all samples.