Vakumda ısısal buharlaştırma yöntemiyle büyütülen Cu2Se ince filmlerin optik özelliklerinin elipsometrik incelenmesi

Abstract

Yarıiletken bir malzeme olan bakır-selenyum iyi bir kimyasal ve ısısal kararlılığının yanı sıra sahip olduğu uygun optik ve elektrik özelliklerinden dolayı foto-detektör ya da güneş enerjisi dönüşümü gibi optoelektronik uygulamaları için ince film formunda detaylı olarak incelenmiştir. Opto-elektronik alanındaki bu kullanım olasılığı göz önüne alındığında bu malzemenin yapısal, morfolojik ve optik özelliklerinin detaylı olarak incelenmesi önemli bir adımdır. Bu çalışmada vakumda buharlaştırma tekniği yardımıyla büyütülen Cu2Se ince filmlerinin yapısal, morfolojik ve optik özellikleri incelendi. İnce filmlerin kristal yapısı X-ışını kırınım ölçeri kullanılarak analiz edildi. Analizin sonuçları büyütülen filmlerin kübik yapıda stokiyometrik Cu2Se olduğunu doğruladı. Farklı kalınlıktaki Cu2Se ince filmlerin yüzey morfolojisi atomik kuvvet mikroskobu (AFM) yardımıyla incelendi. Tüm filmlerin taşıyıcıya çok iyi tutunmuş, granül yapılı nano-boyuttaki taneciklerden oluştuğu görüldü. Cam taşıyıcı üzerindeki Cu2Se ince filmlerin transmitans ve reflaktans spektrumları UV-VISIBLE spektrometresiyle kaydedildi. Spektrofotometrik ölçümler ısısal olarak buharlaştırılan Cu2Se ince filmlerinin opto-elektronik uygulamaları için uygun olan karakteristik transmitansa ve reflektansa sahip olduğunu gösterdi. Büyütülen Cu2Se ince filminin stokiyometrisi ve yüzey morfolojisi sırasıyla enerji dağınımı X-ışını spektrometresi (EDAX) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) resimleri yardımıyla tayin edildi. Elipsometri tekniği kullanılarak opak altın taşıyıcı ve Cu2Se yüzey film için n kırılma indisinin ve k sönüm katsayısının foton enerjisine bağlılığı belirlendi. Absorpsiyon katsayısının spektral davranışından Cu2Se ince filmin optik absorpsiyonu tanımlandı. Cu2Se'un doğrudan yasak enerji band aralığının 2,33 eV civarında olduğu bulundu.

Thin films of copper selenide as a semiconductor are well studies for opto-electronic applications such as photo detection or solar energy conversion, due to its suitable optical and electrical properties, as well as good chemical and thermal stability. In order to explore the possibility of using this in optoelectronics, a preliminary and thorough study of structural, morphological and optical properties of this material is an important step. Based on the above view, we report the structural, morphological and optical properties of Cu2Se thin films deposited by vacuum evaporation technique in the present work. The crystalline structure of the thin films was analyzed using X-ray diffractometer. The analysis confirmed that a stoichiometric copper selenide with a cubic structure was formed. The surface morphology of the Cu2Se thin films at different thicknesses is investigated by AFM. It is seen that all the films compose of the nano-sized particles with granular structure which are well adhered to the substrate. The transmittance and reflectance spectra of Cu2Se thin films on glass substrate were recorded by UV-VISIBLE spectrophotometer. The results show that the thermally evaporated Cu2Se thin films have the characteristic transmittance and reflectance being suitable for the optoelectronic applications. The stoichiometry and surface morphology of a grown Cu2Se thin film were confirmed by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDAX) and scanning electron microscope (SEM) micrographs, respectively. The dependence of the refractive index, n, and extinction coefficient, k, on the photon energy for both the surface film and the opaque gold layer have been determined by ellipsometry. From the spectral behaviour of absorption coefficient, optical absorption for Cu2Se thin film was described. The direct energy band gap of Cu2Se is found to be about at 2.33 eV.