Saçtırma yöntemiyle 2-boyutlu WS2 katmanlarının büyüme dinamiğinin incelenmesi

Abstract

Bu doktora tezi çalışmasında grafen gibi iki boyutlu bir malzeme olan WS2 yarıiletkeni, RF magnetron saçtırma tekniği ile 2 boyutlu olarak büyütülmeye çalışılmıştır. RFMS metodunda kullanılan büyütme basıncı, sıcaklık, kullanılan RF gücü ve büyütme süresi gibi ince film büyütme parametreleri değiştirilerek, WS2 yariletkeninin büyüme dinamiği çeşitli spektroskopi yöntemleri kullanılarak kualitatif ve kuantitatif analizler ile anlaşılmaya çalışılmıştır. RFMS büyütme basıncının (5, 10, 15, 20 ve 25mTorr) film sitokiyometrisini doğrudan etkilediği ve artan büyütme basıncı ile daha stokiyometrik WS2 elde edildiği XPS sonuçları ile gösterilmiştir. Yine XRD analizlerinde çoklu kristal yapıda büyümenin (002, 100+101, 110, 008 ve 112) gerçekleştiği görülmüştür. Morfolojik analizler sonucunda ise nanoboyutlarda duvar yapılarının yüksek basınçlarda oluştuğu gözlenmiştir. Büyütme süresinin azaltılarak oldukça ince 2 boyutlarının elde edilmesi çalışmaları sonucunda, büyüme zamanının artması ile nano boyutlu duvar yapılarının oluşmaya başladığı bazı çekirdeklenme bölgelerinde oluşumların başladığı morfolojik analizler ile gösterilmiştir. Birkaç saniye ile yapılan büyütmlerde WS2 yarıiletkenin tabakalı olarak büyüdüğü TEM ölçümleri ile gösterilmiştir. Yüzey oksidasyon durumu XPS, külçe oksidasyon durumu ise XANES yöntemleriyle incelenmiştir. Bu tez çalışması ile üretilmiş olan WS2 yapıları kullanılarak elektrokromik (iyon depolayıcı tabaka) ve organik güneş pili (hol iletim tabakası) aygıt uygulamaları gerçekleştirilmiştir.

In this thesis, WS2 semiconductor, a 2-dimensional (2D) material such as graphene, was tried to be grown in 2D by RF magnetron sputtering technique. By changing thin film growth parameters such as pressure, temperature, RF power and growth time used in RFMS method, growth dynamics of WS2 semiconductor were tried to be understood by qualitative and quantitive analyses using various spectroscopy methods. RFMS growth pressure (5, 10, 15, 20 and 25mTorr) has been shown to directly affect film stoichiometry and more stoichiometric WS2 with increased growth pressure has been shown by XPS results. XRD analyses of grown thin films has shown in polycrystal structure (002, 100+101, 110, 008 and 112). As a result of morphological analysis, nano-wall structures in have been observed to form in high pressures. As the growth time shortens to obtain a very thin 2D layers, it is observed from the morphological analyses that nano-wall structures appear in some nucleation areas where nano-sized wall structures began to form. WS2 semiconductor has been shown to grow layer by layer with TEM measurements when it was grown with a few seconds. The surface oxidation state is studied by XPS and the surface oxidation state is studied by XANES methods. Electrochromic (ion storage layer) and organic solar cell (hol transport layer) device applications was performed from the WS2 thin films produced in this thesis.