GaS ince filmlerinin CBD yöntemiyle büyütülmesi ve özelliklerinin araştırılması

Abstract

III-VI tabakalı yarıiletken ailesine mensup olan GaS yarıiletken kristali p-tipi iletken olup sahip olduğu yasak enerji aralığı ve lineer olmayan optik özelliklerinden dolayı optoelektronikte ve IR uygulamalarında oldukça önemlidir. Bu çalışmada GaS ince filmleri Kimyasal Banyo Depolama (CBD) yöntemi kullanılarak cam alt taban üzerinde elde edildi. Temel olarak bir kimyasal çözeltiden depolama tekniği olan CBD ile yarıiletken ince filmlerin her bir elementinin iyonlarını içeren çözeltiler içine, taban malzeme daldırılılır ve taban üzerine film depolanır. İnce film büyütme metodları arasında düşük maliyet, kısa zaman ve diğer metotlara göre filmlerin büyütülmesinin daha kolay olması gibi özelliklerinden dolayı CBD yöntemi tercih edilen bir yöntemdir.GaS ince filmleri, 75mm 10mm 2mm boyutlu cam alt tabanların hazırlanan çözeltilere daldırılmaları sonucu elde edildi. Büyütme işlemi oda sıcaklığında gerçekleştirildi ve daldırma işlemi üç kez art arda tekrarlandı. Her bir daldırma süresi 1 saat olarak belirlendi. Cam alt taban üzerinde büyütülen GaS ince filmi sarı renkteydi ve kalınlığı 0,2 olarak bulundu. Filmlerin yüzey morfolojik ve elektriksel özellikleri sırasıyla Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) ve iki nokta prob yöntemi kullanılarak araştırıldı. GaS ince filminin SEM görüntüsünden, filmin GaS nano-parçacıklarından oluşan adacıklardan meydana geldiği gözlemlendi. İnce filmlerin yapısal karakterizasyonu X-ışını kırınım (XRD) ile gerçekleştirildi. XRD analizinden, GaS ince filminin kristal yapıda büyüdüğü görüldü. GaS ince filminin iletkenliğinin p-tipi olduğu bulundu. GaS ince filmlerinin optik soğurma spektrumundan yasak bant aralığı 2,53 eV olarak bulundu. Soğurma spektrumunun uzun dalga boyu kuyruğunun Urbach-Mathiensen kuralına göre gelen foton enerjisi ile üstel degiştiği bulundu. Urbach enerjisi 1.93 eV olarak hesaplandı.Anahtar Kelimeler: GaS, CBD, İnce film

GaS crystal belongs to III-VI layered semiconductor family and due to its p-type conductivity, band gap and non-linear properties it is important in optoelectronics and IR applications. In this study, GaS thin films were obtained on glass substrates by using Chemical Bath Deposition (CBD) method. CBD is a deposition technique from a chemical solution and semiconducting thin films are deposited on substrates by inserting the substrates into the solutions containing the ions of each element. Due to its superior properties like low cost, relatively shorter deposition times, relatively easy growth of films compared to other techniques, CBD is one of the most preferred film deposition methods.GaS thin films were grown on by inserting the glass substrates of 75mm 10mm 2mm dimensions into the solutions prepared. Film growth process were conducted at room temperature and insertion was repeated three consecutive times. The insertion times were determined as 1 h. The GaS films grown on glass substrate had yellow color and the thickness of GaS thin film is found to be 0,2 . Surface morphological and electrical properties of the thin films were investigated by scanning electron microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM) and two point probe method, respectively. From the SEM images of GaS thin film, it is observed that the thin films are composed of islands consisting of GaS nanoparticles. The structural characterization of the thin films was done by X-ray diffraction (XRD). From the XRD analysis, GaS thin film was shown to grow in crystalline form. GaS thin film exhibited p-type electrical conductivity. The band gap of GaS films was found to be 2.53 eV from the optic absorption spectrum. The long wavelength tail of absorption spectrum was found to vary exponentially with incident photon energy according to the Urbach-Martiensen rule. The Urbach energy was calculeted to be 1.93 eV.Key Words: GaS, CBD, Thin film