Püskürtme yöntemiyle büyütülen sn katkılı zno filmlerin elektriksel özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında katkısız ve Sn katkılı ZnO filmler cam alt tabakalar üzerinde, 400℃'de püskürtme yöntemi kullanılarak kaplanmıştır. ZnO filmlerin katkılama oranları sırasıyla %3, %5 ve %10'dur. Filmlerin yapısal özellikleri X ışını kırınım yöntemi yardımıyla ve optiksel özellikleri UV-Vis geçirgenlik spektrumundan yararlanılarak incelenmştir. Bu filmlerin elektriksel iletkenlik özellikleri ise iki nokta yöntemi kullanılarak 125-300K sıcaklık aralığında iletkenlik değerleri belirlenerek incelenmiştir. X-ısını kırınım spektrumlarından katkısız ve Sn katkılı ZnO filmlerin hekzagonal wurtzite poli-kristal yapıda olduğu belirlenmiştir. Katkısız, %5 ve %10 Sn katkılı ZnO filmlerin tercih edilmiş yönelimi (100) düzlemidir, %3 Sn katkılı ZnO filmlerin ise tercih edilmiş yönelimi (002) düzlemidir. Sn katkı oranı arttıkça grain boyutunun azaldığı, kusur oranının arttığı, mikrozorlamanın azaldığı ve dislokasyon yoğunluğunun azalması ile kristalleşmenin daha iyi olduğu gözlenmiştir. Katkısız ZnO'nun optiksel bant aralığı 3.23eV' dan Sn katkısı arttıkça katkılı ZnO filmlerin optiksel enerji bant aralığı 3.14 eV' a azalmıştır.Filmlerin sıcaklığa bağlı iletkenlik datalarının incelenmesi ile katkısız ve Sn katkılı ZnO filmlerin aktivasyon enerjileri 125-165K sıcaklık aralığında 7,5-20 meV ve 170-300K sıcaklık aralığında ise yaklaşık 17-39 meV bulunmuştur. Elektriksel iletim mekanizmaları sırasıyla, 125-165K sıcaklık bölgesinde Efros-Shklovskii iletim mekanizmasına ve 170-300K sıcaklık bölgesinde Mott'un değişken iletim mekanizmasına uyduğu belirlenmiştir.

In this thesis, undoped and Sn-doped ZnO films were grown on glass sublayers at 400°C by spraying technique. The doping ratios of ZnO films are 3%, 5% and 10%, respectively. The structural properties of these films with X-ray diffraction patterns and the optical properties of these films with by UV-Vis-NIR were examinated. The electrical conductivity properties of these films were examinated by determinated of conductivity values in 125-300K temperature range with two point process.The X-ray diffraction patterns of the films were investigated and it was seen that the films are polycrystalline structure with hexagonal wurtzite-type structure of ZnO. It is observed that are the preferential orientation at the (100) plane of undoped, 5% and 10% Sn-doped ZnO films but that at the (002) plane of 3% Sn-doped ZnO films. It is observed the crystallization is better that as the Sn doping ratio decreases, with increasing in the crystallite size, decreasing in defect ratio, increasing in microstrain and decreasing in dislocation density. The optical energy bandgap of Sn-doped ZnO films decreased from the range of 3.23eV to of 3.14eV with increasing Sn doping level.With investigated of the temperature-dependent conductivity data of the films, the activation energies of undoped and Sn-doped ZnO films were found as 7,5-20 meV in 125-165K temperature range and as 17-39 meV in 170-300K temperature range. The electrical conductance mechanisms in the films were explained by Efros-Shklovskii variable region hopping model in 125-165K temperature range and Mott's variable region hopping model in 170-300K temperature range, respectively.