Vanadyum oksit ı̇nce film akıllı malzemelerin üretim sürecinin elektriksel- yapısal özellik ı̇lişkisine etkisinin ı̇ncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, SiO2 ve Si3N4 alttaş üzerinde farklı görev döngüsü değerlerinde üretilen Vanadyum Oksit (VOx) ince filmlerin elektriksel ve yapısal özelliklerine odaklanılmıştır. VOx ince filmleri vurmalı DC reaktif magnetron sıçratma tekniği ile üretilmiştir. Elektriksel ölçümler dört nokta iğne (FPP) tekniği ve yapısal karakterizasyon belirlemesi Raman spektroskopik ölçümleriyle gerçekleştirilmiştir. Üretilen VOx ince filmlerin hepsinde direnç sıcaklık katsayısı (TCR) negatif değere sahiptir. Direnç sıcaklık katsayısının negatif olması VOx ince filmlerinin yarıiletken özelliğine işaret eder. Hem SiO2 hem de Si3N4 alttaşlı VOx ince filmlerinin görev döngüsü değeri artarken oda sıcaklığındaki levha direnci değerinin azaldığı gözlenmiştir. %30 ve %32,5 görev döngüsü değerli malzemelerin en düşük elektriksel levha direncine sahip olduğu görülmüştür. Isıtma sürecinde tüm numuneler için aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır. Elde edilen aktivasyon enerjisi değerleri, VOx numunelerinin elektriksel iletkenliğin sıcaklık artışı ile artmasını açıklamaktadır. Raman spektroskopik ölçümleri oda sıcaklığında bütün VOx ince film numuneleri için gerçekleştirilmiştir. SiO2 ve Si3N4 alttaş üzerinde üretilen tüm ince filmlerde VO2, V2O5 ve V6O13 fazları karışık olarak gözlenmiştir. Bunun yanı sıra, bazı görev döngüsü değerleri için VOx ince film numunelerinde V2O3 fazı da tespit edilmiştir. Sonuç itibariyle, VOx ince filmlerin karışık fazlı ve yarı iletken özelliğe sahip olduğu belirlenmiştir.

In this study, we focused on the electrical and structural properties of Vanadium Oxide (VOx) thin films produced on SiO2 and Si3N4 substrates at different duty cycle values. VOx thin films were produced by pulsed DC reactive magnetron sputtering technique. Electrical measurements were made by four point probe (FPP) technique and structural characterization by Raman spectroscopic measurements. All of the VOx thin films produced have a negative temperature coefficient of resistance (TCR). The negative temperature coefficient of resistance indicates the semiconducting property of VOx thin films. It was observed that the duty cycle value of both SiO2 and Si3N4 substrated VOx thin films increased while the plate resistance value decreased. 30% and 32.5% duty cycle materials have the lowest electrical sheet resistance. In the heating process, the activation energies for all samples are calculated. The obtained activation energy values explain the increase of the electrical conductivity of the VOx samples by the temperature increase. Raman spectroscopic measurements were performed for all VOx thin film samples at room temperature. VO2, V2O5 and V6O13 phases were observed mixedly in all thin films produced on SiO2 and Si3N4 substratum. In addition, V2O3 phase in VOx thin film samples was also determined for some duty cycle values. As a result, it has been determined that VOx thin films have mixed-phase and semiconducting properties.