Lantanyum (La) katkılı çinko oksit (ZnO) filmlerin büyütülmesi ve karakteristiklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, çeşitli oranlarda (%0, %1, %2, %4 ve %5 (%at.)) La (Lantanyum) katkılı Çinko Oksit (ZnO:La) ince filmleri cam ve n-Si alttaşlar üzerinde kimyasal püskürtme yöntemi ile elde edimiştir. Elektriksel ölçümler için ZnO:La filmlerinin üzerine Au (Altın) kontaklar termal buharlaştırma yöntemi ile büyütülmüş ve Schottky tipi aygıtlar (Au/ZnO:La/n-Si/Al) elde edilmiştir. X-ışını kırınım desenlerinden (XRD) filmlerin bazı yapısal parametreleri hesaplanmış ve filmlerin hegzagonal wurtzite kristal yapıya sahip oldukları tespit edilmiştir. ZnO:La filmlerin optik özellikleri UV spektroskopisi ile 350 nm-800 nm dalgaboyu aralığında incelenmiş ve filmlerin 3.12-3.30 eV arasında Eg (yasak bant aralığı) değerlerine sahip oldukları tespit edilmiştir. Filmlerin yüzey morfolojileri AFM (Atomik Kuvvet Mikroskobu) ve SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) analizleri ile incelenmiştir. Ayrıca elde edilen Schottky diyotlarının I-V (akım-gerilim) ve C-V (kapasite-gerilim) ölçümleri alınmıştır. Diyotların I-V ölçümlerinden n (idealite faktörü) ve (engel yüksekliği) gibi karakteristik diyot parametreleri TE (termiyonik emisyon) teorisi dikkate alınarak hesaplanmıştır. Ayrıca, ve (seri direnç) değerleri Norde fonksiyonu kullanılarak elde edilmiştir. Farklı oranlarda La katkılanmış diyotların 100, 200, 500 ve 1000 kHz frekanslarda C-V ölçümleri alınmıştır. 1/C2-V grafiğinden engel yüksekliği, (fermi enerji seviyesi), (taşıyıcı yoğunluğu) ve (difüzyon potansiyeli) gibi diyot parametreleri elde edilmiştir. Tüm sonuçlar ayrıntılı bir şekilde değerlendirilmiştir.

In this study, La-doped Zinc Oxide (Zn:La) films were obtained by chemical Spray pyrolysis on to soda-lime glass and n-Si substrates at various ratios of La (0%, 1%, 2%, 4% and 5% (at.%)) content. For electrical measurements, Au (gold) contacts on ZnO:La films were grown by thermal evaporation method and Schottky type devices (Au / ZnO: La / n-Si / Al) were obtained. Some structural parameters of the films were calculated from XRD (X-ray diffraction) patterns and all films were found to have hexagonal wurtzite crystal structure. The optical properties of ZnO:La films were investigated by UV spectroscopy wavelength range between 350 nm and 800 nm and the films were found to have a band gap between 3.12-3.30 eV. Surface morphologies of films were investigated by AFM (Atomic Force Microscopy) and SEM (Scanning Electron Microscopy) analyzes. Besides, I-V (current-voltage) and C-V (capacitance-voltage) measurements of Schottky diodes were obtained. Characteristic diode parameters such as n (ideality factor) and Φb (barrier height) obtained by I-V measurements of devices were calculated by taking TE (thermionic emission) theory into consideration. Additionally, Φb (barrier height) and Rs (series resistance) values were calculated by Norde function. C-V measurements of La-doped diodes at different ratios were taken at 100, 200, 500 and 1000 kHz frequencies. Basic diode parameters such as barrier height, Ef (fermi energy levels), Nd (carrier concentration) and Vd (diffusion potential) were calculated from 1/C2-V graph. All results were evaluated in detail.