Cds, Cdo ve Zno yarıiletken nanoyapılarının boyut kontrollü üretimi ve karakterizasyonu

Abstract

Nanometre ölçeğinde yarıiletken materyallerin eşsiz özellikleri ve gelişmiş performansı boyutlarına bağlı olarak değişir. Bu nedenle tane boyutuna bağlı olarak materyallerin optik, yapısal, morfolojik özelliklerinin değişimi üzerine çalışmalar son derece önemlidir. Bu çalışmada ışık yayıcı diyotlar, fotodedektörler, fototransistörler, güneş pilleri, gaz sensörleri gibi elektronik ve optoelektronik uygulamalarda yaygın olarak kullanılan CdS, CdO ve ZnO yarıiletken bileşikleri sırasıyla kimyasal banyoda büyütme (KBB) ve elektrokimyasal büyütme (EB) teknikleri kullanılarak cam alt tabanlar üzerine boyut kontrollü üretilmiştir. Elde edilen nanoyapılı filmlerin optik, yapısal, yüzey morfolojik özellikleri ve kompozisyon analizleri sırasıyla UV-vis (Ultraviolet-visible spectroscopy), XRD (X-Ray Diffraction-X-ışını kırınımı), SEM (Scanning Electron Microscope-Taramalı Elektron Mikroskobu), AFM (Atomic Force Microscope-Atomik Kuvvet Mikroskobu) ve EDS (Energy Dispersive Spectroscopy-Enerji Dağılımlı Spektroskopi) ile incelenmiştir. CdS filmlerinin tane boyutunu kontrol etmek için iki yaklaşım denenmiştir. İlkinde banyo sıcaklıkları değiştirilmiştir. İkincisinde KBB tekniği modifiye edilmiştir. Argon-iyon lazer demeti modifikasyon için kullanılmıştır. Yapılan analizler neticesinde, banyo sıcaklığının artmasıyla filmlerin tane boyutları artarken, yasak enerji aralıkları azalmıştır. Lazer etkisi ile üretilen filmlerde ise lazer demetinin gücünün artmasıyla filmlerin tane boyutları azalırken, yasak enerji aralıkları artmıştır. CdO ve ZnO filmlerinde tane boyutunu kontrol etmek için galvanostatik teknikle farklı akımlar uygulanarak çekirdek tabakası oluşturulmuş ve bu çekirdek tabakası üzerine potansiyostatik teknikle film üretimi gerçekleştirilmiştir. Filmlerin tane boyutu üzerine çekirdek tabakasının etkisi incelenmiştir. CdO ve ZnO filmlerinde çekirdek tabakası ve çekirdek tabakası oluşturmak için uygulanan akımın artması alt taban üzerinde oluşan kristallerin yoğunluğunun artmasına, tane boyutlarının azalmasına neden olmuştur.

The unique properties and improved performances of nanometer scale semiconductor materials vary depending on their size. Therefore, studies on the exchange of optical, structural and morphological properties of materials depending on the grain size are extremely important. In this study, CdS, CdO and ZnO semiconductor compounds commonly used in electronic and optoelectronic applications such as light emitting diodes, photodedectors, phototransistors, solar cells, gas sensors were produced the size controlled on glass substrates using chemical bath deposition (CBD) and electrochemical deposition (ED) techniques, respectively. The optical, structural, and surface morphological properties and analysis of composition of obtained nanostructured films were investigated by using UV (Ultraviolet-visible spectroscopy), XRD (X-Ray Diffraction), SEM (Scanning Electron Microscope), AFM(Atomic Force Microscope) and EDS (Energy Dispersive Spectroscopy), respectively. In order to control the grain size of the CdS films, two different approaches were tried. First, bath temperatures were varied. Second, CBD technique was modified. The Argon-ion laser beam was used for the modification. Analyzes showed that increase of the bath temperature decreased the energy band gaps while the grain sizes of films increased. For the films produced by the effect of the laser beam, increasing the power of the laser increased the energy band gaps while decreasing the grain size of the films. In order to control the grain size of the CdO and ZnO films, a seed layer was constructed with galvanostatic technique by using various currents and then a film was produced on this seed layer with potentiostatic technique. The effect of seed layer on the grain size of the films was investigated. It was concluded from analyzes that for CdO and ZnO films, using the seed layer and increasing the current to produce the seed layer caused an increase in the density of the crystals accumulated on substrate and decrease the grain size of films.