Silisyum nanotel dizileri üzerine büyütülen Ge nanoparçacık katkılı ZnO heteroeklem güneş gözelerinin geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada magnetron sputter tekniği ile düzlemsel ve nanotel geometrideki ptipi Si alttaşlar üzerine büyütülen Ge nanoparçacık katkılı ZnO ince filmlerinyapısal özellikleri araştırıldı. Ge nanoparçacıkların kuantum sınırlama etkisi ilebant yapısındaki değişim ve dikine geometri yardımıyla ışığın daha iyituzaklanması mekanizmalarından yararlanarak fotovoltaik verimi yüksek ince filmyapılar elde edilmeye çalışıldı. İnce film kaplamalar reaktif ve reaktif olmayanortamlarda gerçekleştirilerek büyütme koşullarının yapı üzerindeki etkileriincelendi. Reaktif ve reaktif olmayan ortamlarda hazırlanan örnekler, 3 dk süre ileGe kaplandı ve 600℃ 'de 60s RTA iĢlemi ile tavlanarak Ge nanoparçacıklar eldeedildi. Hazırlanan örneklerde ZnO ve Ge ince filmler sırasıyla r.f ve d.c hedefler ilekaplandı. Yapısal karakterizasyonlar X ıĢını Kırınımı (XRD), Raman saçılması,İkincil İyon Kütle Spektroskopisi (SIMS) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM)teknikleri ile gerçekleştirildi. XRD ve Raman analizleri sonucunda reaktif ortamdayapılan kaplamalarda yapıda bulunan Ge'un hem kübik (DC-Ge) hem detetragonal (ST-12) kristal yapıya sahip olduğu, reaktif olmayan kaplamalarda isesadece DC-Ge yapısının olduğu bulundu. ST-12 yapısına sahip Genanoparçacıkların ZnO ince filmlerin arasına katkılanarak daha kolay olarak eldeedilebilmesi, gelecekte geliştirilebilecek yeni nanokompozit ince filmlerinoptoelektronik uygulamalara katkı sağlayacağı düşünülmektedir. Nanotelgeometrideki alttaşlar üzerine ince film büyütme işlemi hedeflenen şekildegerçekleştirilemedi. Ara kesit SEM görüntüleri ile ZnO ve Ge tabakaların Sinanoteller arasına girmeden boşluklu yapı oluşturarak büyüdüğü belirlendi.

The magnetron sputter technique was applied to investigate the properties of Genanoparticles embedded on ZnO thin films, which were grown on p type Sisubstrate and p type Si nanowires substrate. The change of Ge band gap by thequantum confinement effect and the vertical type geometry of substrate, which arebetter at light emitting were the mechanisms we applied to obtain highly efficientphotovoltaic thin films. These thin films were coated at reactive and non-reactiveconditions in order to test the effects of growth conditions on the films. Preparedsamples were coated with Ge for 3 minutes and annealed with rapid thermalannealing (RTA) process at 600℃. The ZnO and Ge thin films were coated with r.fand d.c targets. X-Ray Diffraction (XRD), Raman scattering, Secondary Ion MassSpectrometry (SIMS) and Scanning Electron Microscope (SEM) were used for thestructural characterization. The results of XRD and Raman analysis revealed thatthe coatings performed at reactive conditions were resulted both cubic (DC-Ge)and tetragonal (ST-12) Ge crystals whereas at non-reactive conditions only DC-Gecrystals were formed. A simple way of obtaining Ge nanoparticles with ST-12geometry by embedded them on ZnO thin films initiates that further developednovel nanocomposites can be promising for the future applications ofoptoelectronic devices. The growth of thin films on nanowire geometry was failed.The results of SEM spectroscopy showed that ZnO and Ge layers did not get intoSi nanowires and thus form holes in the structure.