ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

D.C. MAGNETRON SPUTTERING YÖNTEMİYLE BAKIR OKSİT

FİLMLERİN BÜYÜTÜLMESİ

Emrah ÇAM

FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

ANKARA 2012

Her hakkı saklıdır

TEZ ONAYI

Emrah ÇAM tarafından hazırlanan “D.C. Magnetron Sputtering Yöntemiyle Bakır

Oksit Filmlerin Büyütülmesi” adlı tez çalışması 25/06/2012 tarihinde aşağıdaki jüri

tarafından oy birliği ile Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı’nda

YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir.

Danışman : Prof. Dr. Necmi SERİN

Jüri Üyeleri :

Başkan: Prof. Dr. Şemsettin ALTINDAL Gazi Üniversitesi, Fizik ABD

Üye : Prof. Dr. Necmi SERİN Ankara Üniversitesi, Fizik Mühendisliği ABD

Üye : Prof. Dr. Bora ALKAN Ankara Üniversitesi, Fizik Mühendisliği ABD

Yukarıdaki sonucu onaylarım

Prof. Dr. Özer KOLSARICI Enstitü Müdürü

i

ÖZET

Yüksek Lisans Tezi

D.C. MAGNETRON SPUTTERING YÖNTEMİYLE BAKIR OKSİT FİLMLERİN

BÜYÜTÜLMESİ

Emrah ÇAM

Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü

Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı

Danışman: Prof. Dr. Necmi SERİN

Bu çalışmada cam alttabakalar üzerinde, ev yapımı (home-made) D.C. magnetron saçtırma

tekniği kullanılarak, CuO filmleri büyütülmüş ve bu filmlerin elektriksel iletkenlikleri ve

optiksel özellikleri incelenmiştir. CuO filmlerin büyütülme işlemi 75, 100, 125, 150 ve 200

alt tabaka sıcaklıklarında gerçekleştirilmiştir. Bunların elektriksel özellikleri düşük sıcaklık

bölgesinde 120 300 ve yüksek sıcaklık bölgesinde 300 400 olmak üzere iki

ayrı bölgede, optiksel özellikleri ise oda sıcaklığında ölçülmüştür.

CuO filmlerin optiksel enerji bant aralığı, optik soğurum ölçümlerinden, indirek ve direk

geçişler için sırasıyla 1,85 eV ve 2,5 eV olarak bulunmuştur. Elektriksel iletkenliğin sıcaklığa

bağlı olarak ölçülmesinden CuO filmlerin aktivasyon enerjileri tayin edilmiş ve 0,06-0,27 eV

mertebesinde bulunmuştur. CuO filmlerdeki elektriksel iletkenlik mekanizması Mott’un

değişken bölge hoplaması (VRH) ve termiyonik emisyon modeliyle açıklanmıştır.

Haziran 2012, 35 sayfa

Anahtar Kelimeler : Bakır oksit, sputtering, D.C. magnetron sputtering, ince film, büyütme.

ii

ABSTRACT

Master Thesis

THE GROWTH OF COPPER OXIDE FILMS BY D.C. MAGNETRON

SPUTTERING METHOD

Emrah ÇAM

Ankara University Graduate School of Natural and Applied Science

Departmant of Engineering Physics

Superviser: Prof. Dr. Necmi SERİN

In this study, it was aimed to investigate the electrical conductivity and optical properties of

CuO films, grown on the glass substrates, by means of a home-made D.C. magnetron sputtering

technique. The film deposition processes were performed at 75 , 100 , 125 , 150 ve 200

substrate temperatures. The electrical conductivity of the CuO films versus temperature and the

optical properties of the CuO films were measured in the low temperature range 120

300, high temperature range 300 400 and at the room temperature, respectively.

The optical indirect and direct energy band gap of CuO films were determined from optical

absorption measurements as 1,85 and 2,5 eV, respectively. The activation energy of the CuO

films were found from the electrical conductivity-temperature measurements as in the range of

0,06-0,27 eV. The electrical conductivity mechanism of CuO films was explained by means of

Mott’s variable range hopping (VRH) and termionic emission model.

June 2012, 35 pages

Key Words : Copper oxide, sputtering, D.C. magnetron sputtering, thin film, growth.

iii

TEŞEKKÜR

Bu çalışmanın ortaya çıkmasında ve ufkumun genişlemesinde rol model olan değerli

danışman hocam Sayın Prof. Dr. Necmi SERİN’e (Ankara Üniversitesi), bana bilimsel

yorumlama kabiliyeti kazandıran Sayın Prof. Dr. Tülay SERİN (Ankara Üniversitesi)

hocama ve bilimsel hesaplama konusunda yardımlarını esirgemeyen Sayın Doç. Dr.

Abdullah YILDIZ (Yıldırım Beyazıt Üniversitesi) hocama teşekkürlerimi sunarım.

Ayrıca çalışmalarım boyunca fiziksel hesaplamalar ve ölçümler konusunda zamanını

ayıran Arş. Gör. Sibel GÜRAKAR ve Arş. Gör. Kıymet DENİZ’e teşekkür ederim.

Yüksek lisans öğrenimim boyunca her zamana yanımda olan sözlüm Şirin UZUN’a

değerli ailesine ve aileme çok teşekkür ederim.

Emrah ÇAM

Ankara, Haziran 2012

iv

İÇİNDEKİLER

ÖZET.................................................................................................................................i

ABSTRACT.....................................................................................................................ii

TEŞEKKÜR....................................................................................................................iii

SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ..................................................................vi

ŞEKİLLER DİZİNİ.....................................................................................................viii

ÇİZELGELER DİZİNİ...................................................................................................x

1. GİRİŞ............................................................................................................................1

2. KURAMSAL TEMELLER.......................................................................................2

2.1 Yarıiletken İnce Filmlerde Elektriksel İletkenlik………………………………...2

2.2 Aktivasyon Enerjisi...................................................................................................3

2.3 Yarıiletkenlerde Akım İletim Mekanizmaları…………………..………………..4

2.3.1 Tünelleme modeli………………………………………………………………...4

2.3.2 Termiyonik emisyon modeli ……………………………..……………………...5

2.3.3 En yakın komşular arası sıçrama (NNH) modeli.….....………………………..5

2.3.4 Değişken mesafeli sıçrama (VRH) modeli……....………..……………………..6

2.4 Yarıiletken İnce Filmlerde Optiksel Özellik ve Soğurma……………………….7

2.5 Saçtırma (Sputtering) Olayı.....................................................................................8

2.6 D.C. Parlama Deşarjı……………………………………………………………....9

2.7 Saçtırma Sistemleri....................................................................................................9

2.7.1 D.C. diyot saçtırma...............................................................................................10

2.7.2 R.F. diyot saçtırma...............................................................................................10

2.7.3 İyon ışınlı saçtırma...............................................................................................11

2.7.4 Manyetik alanda saçtırma...................................................................................11

3. MATERYAL VE YÖNTEM...................................................................................14

3.1 Alt Tabakaların Hazırlanması...............................................................................14

3.1.2 Cam alt tabakaların temizlenmesi......................................................................14

3.2 CuO Filmlerin Kaplanması....................................................................................14

3.2.1 Cam alt tabakalara CuO filmlerin kaplanması.................................................14

3.3 Elektriksel Ölçümler İçin Cam Alt Tabakaların Hazırlanması………………..15

v

3.4 Deneylerde Kullanılan Cihazlar…………………………………………...…….16

4. BULGULAR VE TARTIŞMA……………………………………………...…….18

4.1 Bakır Oksit İnce Filmlerin Optiksel Özelliklerinin İncelenmesi………...…….18

4.2 Bakır Oksit İnce Filmlerin Enerji Bant Aralıklarının Tayini…………...…….21

4.3 Bakır Oksit İnce Filmlerin Aktivasyon Enerjisi ’nın Tayini …………...….25

5. SONUÇ………………………………………..……………………………...…….31

KAYNAKLAR……………………………………………………………………….33

ÖZGEÇMİŞ…………………………………………………………………………..35

vi

SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ

A Absorbans

B Magnetik alan

cm Santimetre

Cu Bakır

CuO Bakır (II) Oksit

Cu2O Bakır (I) Oksit

C2H5OH Ethanol

d Kalınlık

D.C. Doğru akım (direct current)

e Elektron yükü

E Elektrik alan

Ea Aktivasyon enerjisi

EB Engel yüksekliği

EC İletkenlik bandı seviyesi

Eg Yasak enerji aralığı

EF Fermi enerji seviyesi

EV Değerlik (valans) Bandı

eV Elektron volt

F Kuvvet

g Gram

h Planck sabiti

H2O Su

I Akım

I Geçen ışığın şiddeti

I0 Gelen ışığın şiddeti

J Akım yoğunluğu

k Boltzmann sabiti

K Kelvin

l Film uzunluğu

L Parçacık (grain) büyüklüğü

vii

m* Etkin kütle

M Mega

mm Milimetre

n Elektron sayısı

N2 Azot gazı

Nd Verici (donör) yoğunluğu

nm Nanometre

NNH En yakın komşular arası sıçrama (Nearest Neighbouring Hopping)

r Yarıçap

R.F. Radyo frekansı (radio frequency)

sccm Dakika başına akan santimetre küp miktarı (Standard cubic centimeters

per minute)

t Filmin kalınlığı

T Geçirgenlik yüzdesi

T Sıcaklık

UV Ultraviole

v Hız

V Gerilim

VRH Değişken mesafeli sıçrama (Variable Range Hopping)

w Filmin genişliği

α Soğurum katsayısı

Angstrom

Santigrad derece

λ Dalga boyu

µ Hareketlilik (mobilite)

ν Frekans

ρ Özdirenç

σ Öz iletkenlik

Ω Ohm

% Yüzde

viii

ŞEKİLLER DİZİNİ

Şekil 2.1 Üzerinden J akımı geçen film………………………………………………….2

Şekil 2.2 Tünelleme modeli……………………………………………..……………….4

Şekil 2.3 Fiziksel saçtırma işlemi…………………………………………………...…...8

Şekil 2.4 Bir D.C. boşalma (deşarj) tüpünün iç duvarında katot malzeme birikimi.…....8

Şekil 2.5 D.C. boşalması……………………………………………………………..….9

Şekil 2.6 D.C. diyot saçtırma sistemi…………………………………………………..10

Şekil 2.7 İyon ışınlı saçtırma sistemi…………………………………………………...11

Şekil 2.8 Magnetik alanda elektronun hareketi………………………………………...12

Şekil 2.9 Elektrik ve magnetik alanda elektronun hareketi………………………….....13

Şekil 3.1 İki nokta yöntemi yardımıyla akım-gerilim ölçümleri almak için hazırlanan

numune……………………………………………….………………………16

Şekil 3.2 Ev yapımı (home-made) saçılma (sputtering) cihazı……………….………..17

Şekil 4.1 Değişik sıcaklıklarda hazırlanmış CuO numunelerin 300-1100 nm dalga

boyu aralığındaki UV-VIS spektrumları.....………….………...……………..19

Şekil 4.2 125 °’de hazırlanmış D3 numunesinin değişik sıcaklıklarda birer saat

tavlama yapıldıktan sonraki UV-VIS spektrumları………………………….20

Şekil 4.3 150 °’de hazırlanmış D4 numunesinin değişik sıcaklıklarda birer saat

tavlama yapıldıktan sonraki UV-VIS spektrumları………………………….21

Şekil 4.4 Değişik sıcaklıklarda hazırlanmış CuO filmlerin αhν hν ve

/ grafiği.……………………………………………………….22

Şekil 4.5 Değişik sıcaklıklarda hazırlanmış CuO filmlerin enerji bant değerinin

sıcaklıkla değişimi.......………….…………………………………………...23

Şekil 4.6 125 °’de hazırlanan numunenin absorpsiyon katsayısı alfanın değişik

sıcaklıklarda birer saat tavlama yapılmış halleriyle karşılaştırılmasının

yapıldığı grafiği……………….………………………………24

Şekil 4.7 150 °’de kaplaması yapılan numune için farklı sıcaklıklarda birer saat

tavlama yapılmış halleriyle karşılaştırılmasının yapıldığı

grafiği……………………………………………………………………..….25

Şekil 4.8 CuO ince filmlerin 120 400 sıcaklık aralığındaki ! 1000/"

grafiği....………………………...………….………………………………...26

ix

Şekil 4.9 CuO filmlerin düşük sıcaklık bölgesinde 120 300

! 1000/" grafiği………………………………...…………………......27

Şekil 4.10 CuO filmlerin yüksek sıcaklık bölgesinde 300 400 ! 1000/"

grafiği....………………………………………………………...…………...28

Şekil 4.11 D4 numunesi için iletkenliğin 120 300 aralığında Mott VRH

Modeline göre değişimini gösteren ln%!" ⁄ ' "( )⁄ grafiği.……..…….29

Şekil 4.12 D4 numunesi için iletkenliğin 300 400 aralığında termiyonik

emisyon modeline göre değişimini gösteren ln%!" ⁄ ' 1000/"

grafiği……………………………………………………………………......29

x

ÇİZELGELER DİZİNİ

Çizelge 3.1 Cam alt tabakalara kaplanmış CuO filmlerin değişkenleri………………..15

Çizelge 3.2 Kaplaması yapılmış cam yüzeylerin boyutları...………………………….15

Çizelge 4.1 Farklı Değişik sıcaklıklarda hazırlanmış CuO filmlerin enerji bant

değerleri……………………….…………………………………………...23

Çizelge 4.2 CuO numunelerin düşük 120 300 ve yüksek sıcaklık

300 400 bölgelerinde * aktivasyon enerjileri…………………...30

1

1. GİRİŞ

Yer kabuğunda ortalama % 0,01 mertebesinde bakır (Cu) bulunur. Bakırın başlıca

oksitleri ve dir. Bakır ve oksitlerinin üretimi kolay, maliyetleri düşük ve

zehirsizdirler. Bu oksitler p tipi yarıiletken özellik gösterirler. Işığa duyarlı olup foto

iletken özellikleri önemlidir. Fotovoltaik güneş pillerinin, ısısal dönüştürücülerde,

elektrot olarak lityum pillerinde, yarıiletken diyotlarda ve transistörlerin yapımında

geniş bir kullanım alanı söz konusudur (Thobor ve Pierson 2003, Liu vd. 2005,

Chaudhary vd. 2003, Morales vd. 2004, http://www.metalurji.org.tr 2012). Bakırın

oksitleri periyodik tablonun I. ve VI. grup elementlerinden (Morales vd. 2004).

Bakır (I) oksit () (cuprous oxide) bakırın en önemli oksitlerinden biridir. Kırmızı

renkli olup molekül ağırlığı 143.09 g/mol, yoğunluğu 5.75 g., yasak enerji bant

aralığı 2.0 ile 2,6 eV arasındadır ve direk bant geçişine sahiptir. Kristal yapısı kübik

olup örgü sabiti 4.27 Å dür ve p-tipi elektriksel iletkenlik gösterir (Balamurugan ve

Mehta vd. 2001).

Bakır (II) oksit (CuO) (tenorite) ise siyah veya siyahla kahverengi arasında oldukça

koyu renklidir. Molekül ağırlığı 79.45 g/mol, yoğunluğu 6.3 g. , yasak enerji bant

aralığı 1.3 ile 1.8 eV arasındadır. İndirek bant geçişlidir. CuO p-tipi yarıiletkendir.

Monoklinik kristal yapıya sahiptir. Birim hücresinde 2 atom bulunur. Örgü sabitleri a =

4.684 Å, b = 4.425 Å, c = 5.129 Å ve β = 99’dir (Balamurugan ve Mehta vd. 2001).

CuO filmleri elde etmek için farklı hazırlama yöntemleri vardır. Bunlar vakum ortamda

CuO’nun buharlaştırılması, sol-jel yöntemi, daldırma yöntemi, ince bakır filmin veya

bakır plakaların oksitlenmesi ve sputtering yöntemleridir.

Sputtering yönteminin D.C. ve R.F. magnetron sputtering tekniği gibi çeşitleri vardır.

Bu yöntemler günümüzün en gelişmiş ve en önemli yöntemleridir. Bu teknik ilk olarak

1850’de Bunsen tarafından gözlenmiş olup, sonraki yıllarda diyot, triyot, R.F., en son

olarak da D.C. ve R.F. magnetron sputtering yöntemi olarak film hazırlamada yerini

almıştır.

2

2. KURAMSAL TEMELLER

2.1 Yarıiletken İnce Filmlerde Elektriksel İletkenlik

Şekil 2.1’de gösterilen malzemenin iki ucuna gerilim uygulandığında malzeme içinde

oluşan elektrik alan E ile malzeme içerisindeki serbest elektronlar etkileşir ve

elektronlar zıt yönde hareket ederler ve bir akım yoğunluğu oluştururlar.

l, filmin uzunluğu, w genişliği, t kalınlığı olmak üzere;

Şekil 2.1 Üzerinden J akımı geçen film

Serbest elektron sayısı n, hızları v ve yükü e ile gösterilirse malzemeden geçen akım

yoğunluğu J;

(2.1)

bağıntısıyla ifade edilir. Elektronların hareketliliği (mobilite) µ‘yü hıza bağlayan (2.2)

ifadesi (2.1) bağıntısında yerine konulursa,

μ (2.2)

ifadesi elde edilir.

Akım yoğunluğu hareketlilik cinsinden,

μ (2.3)

3

bağıntısıyla ifade edilir. Bu ifade aşağıdaki iletkenlik σ ve elektrik alanı E ile ifade

edilen akım yoğunluğu bağıntısıyla,

(2.4)

Birleştirildiğinde elektriksel iletkenliğin hareketliliğe bağlılığı olan,

(2.5)

ifadesi elde edilir.

2.2 Aktivasyon Enerjisi

Atomların birbirlerine bağlanmalarında değerlik elektronlarının alınıp verilmesi rol

oynar. Bu bağlanma etkileşmesinin olabilmesi için iki atomun elektronları arasındaki

itme kuvvetini yenen bir çarpışma enerjinin ortaya çıkması gerekir. Bu çarpışmayı

sağlayan en küçük enerji miktarına aktivasyon enerjisi adı verilir ve iletkenlik ile

aktivasyon enerjisi arasındaki ilişki;

/ (2.6)

bağıntısıyla verilir.

Burada , ve T sırasıyla sabit, Boltzmann sabiti, mutlak sıcaklıktır. (2.6)’daki

eşitliğin iki tarafının logaritması alınırsa;

! ! "

#$ (2.7)

bağıntısı bulunur. ! 1/ grafiğinin eğiminden aktivasyon enerjisi bulunur.

4

2.3 Yarıiletkenlerde Akım İletim Mekanizmaları

Yarıiletken filmlerde akım iletimi çeşitli mekanizmalarla sağlanır. Bunlardan

başlıcaları; tünelleme, termiyonik emisyon, en yakın komşuya hoplama ve değişken

bölge hoplamasıdır.

2.3.1 Tünelleme modeli

Şekil 2.2 Tünelleme modeli (Uzun 2012)

Şekil 2.2’de & , ' ve ( sırasıyla yarıiletken filmdeki iletim bandı, fermi enerji

seviyesi ve değerlik bandı olmak üzere kuantum mekaniksel bir sürece dayanır.

Uyarılmış bir elektronun sırt sırta Schottky engelinden tünelleme yaparak bir

molekülden diğer bir moleküle geçmesi esasına dayanır. Buna göre tünelleme ile

iletkenlik mekanizması;

)ü+. -./02234/5! /47!/02234/548 (2.8)

bağıntısıyla verilir.

Burada . , e , 2 , h, ! ve 3 sırasıyla, grain büyüklüğü, elektron yükü, etkin kütle,

Planck sabiti, tüketim bölgesi genişliği ve engel yüksekliğidir. Bu bağıntıdan, tünelleme

modelinde, elektriksel iletkenliğin sıcaklıkla değişmediği ancak grain büyüklüğü ile

değiştiği görülür (Uzun 2012).

5

2.3.2 Termiyonik emisyon modeli

Tünelleme modelinden farklı olarak, yeterli enerjiye sahip olan elektron sırt sırta

Schottky engeli üzerinden atlayıp bir diğer moleküle geçiş yapabilir. Buna göre

iletkenlik;

)9 /./√2243/ (2.9)

denklemi ile değişir ki bu da bize iletkenliğin sıcaklığa bağlı olduğunu söyler (Kojima

vd. 1988).

Yarıiletkenin yüksek sıcaklık bölgesinde olması durumunda elektronların iletimi

termiyonik emisyonla, düşük sıcaklık bölgesinde olması durumunda ise grain boundry

(parçacık sınırı) engeli boyunca termal alan emisyonuyla sağlanır.

Yarıiletken filmin kalınlığı azaldığında kristalit boyutundaki azalmaya bağlı olarak

grainlerde tuzaklamalar artar ki bu yüzden taşıyıcılar hareket edemezler.

Filmdeki taşıyıcı transferi için, grainlerin düşük durum yoğunluğunda kristalitlerin

büyümesi, grain boundry (parçacık sınırı) saçılmasında azalmaya bu da iletkenlikte

artışa yol açar (Yıldız vd. 2009).

2.3.3 En yakın komşular arası sıçrama (NNH) modeli

Bu modelde, elektronların, bazı sıcaklıklarda, kendisine en yakın boşluğa hoplamasyla

elektriksel iletkenliğin gerçekleştiği kabul edilir. N- tipi yarıiletkenlerde, düşük

sıcaklıklarda, serbest elektronların çoğu, vericiler tarafından yeniden yakalanır ve

elektronların enerjisi iletim bandına zıplayamaya yetmez. Bu durumda elektriksel iletim

mekanizmasına asıl katkı, elektronların safsızlık bandındaki vericilerden, en yakındaki

boşluğa (vericiye) hoplamasından oluşur ve bu modelde elektriksel iletkenlik;

6

;;< /=/>?/4/ (2.10)

bağıntısıyla verilir (Serin vd. 2010).

2.3.4 Değişken mesafeli sıçrama (VRH) modeli

Mott, enerji seviyelerindeki farklılıktan dolayı, elektron hoplamasının, sadece en yakın

iki komşu arasında olamayacağını, uzaktaki bir bölgeye de geçiş yaparak hoplamayı

gerçekleştirebileceklerini ileri sürmüş ve buna değişken bölge hoplaması modeli adını

vermiştir (Serin vd. 2010).

Buna göre s, 0 A B A 1 arasında değer alan bir sabit olmak üzere, bu modelde

elektriksel iletkenlik;

(C< / D (2.11)

bağıntısıyla ifade edilir.

Burada;

D (2.12)

bağıntısıyla verilir ve Fermi seviyesi etrafındaki durum yoğunluğunun sabit olması

durumunda, B 1/4 tür. Bu nedenle bu teoriye Mott’un VRH modeli denir ki buna

göre iletkenlik;

(C<,FG)) ,FG))//,FG))/4/H

(2.13)

bağıntısıyla ifade edilir (Serin vd. 2010).

Bu modelde elektriksel iletkenlik sıcaklığın karekökünün tersi ile orantılıdır.

7

Şayet B 1/2 ise, o zaman Fermi seviyesi civarındaki bir boşluğun varlığından söz

edilir. Bunu dikkate alan teori de Efros-Shklovskii VRH modeli olarak tanımlanır. Bu

teoriye göre elektriksel iletkenlik;

(C<,"I ,"I/,"I/4/

(2.14)

bağıntısıyla ile verilir (Serin vd. 2010). Bu modelde de elektriksel iletkenlik sıcaklığın

tersi ile orantılıdır.

2.4 Yarıiletken İnce Filmlerde Optiksel Özellik ve Soğurma

Malzeme üzerine gönderilen bir foton, yarıiletkenin yasak enerji aralığına (J) eşit veya

daha büyük enerjiye sahipse; bu durumda valans bandında elektron deşik bağı kırılır ve

bir elektron iletim bandına geçer. Bu olay soğurma olayı olarak tanımlanır (Streetman

1980). Bu olay çizgisel soğurma katsayısı α ile ifade edilir ve K L/M dir.

Burada L ve Msırasıyla absorbans ve filmin kalınlığıdır. Soğurma katsayısı malzemenin

yoğunluğuna, gelen ışığın dalga boyuna ve malzemenin yasak enerji aralığına bağlı

olarak değişir (Park ve Mackenzie 1995, Smith 1990).

Optiksel bant aralığı J, Taus bağıntısı kullanılarak hesaplanabilir;

K5 K/5 J4+ (2.15)

bağıntısı ile verilir. Burada 5 foton enerjisidir, K sabit ve , k uzayındaki geçişlere göre 0,5, 1,5, 2 ve 3 değerlerini alabilirler. 0,5 ve 1 izinli direk ve yasaklı direk, 2 ve 3 izinli direk ve yasaklı direk geçişlere aittir. Bant aralığının izinli direk geçiş olması

durumunda K5 5 grafiği çizilir. Bu değişimin çizgisel kısmının 5 eksenini kestiği nokta direk bant aralığını verir. Bant aralığının izinli indirek olması durumunda

K5 / 5 grafiği çizilir ve çizgisel kısmın 5 eksenini kestiği nokta indirek bant aralığını verir.

8

2.5 Saçtırma (Sputtering) Olayı

Katı bir malzeme yüksek enerjili asal gaz iyonlarla bombardıman edildiğinde, asal gaz

iyonları katı malzemeden atom veya moleküller söker. Bu işlem fizik biliminde saçtırma

(sputtering) olarak tanımlanır (Pauleau 1994).

Yüzey atomları ve yüksek enerjili parçacıkların çarpışmasından ötürü şekil 2.3’deki gibi

bir geri tepme oluşur (Wasa vd. 1992).

Şekil 2.3 Fiziksel saçtırma işlemi (Wasa vd. 1992)

Saçtırma ilk defa 1852 yılında Bunsen ve Grove tarafından bir D.C. gaz boşalma

(deşarj) tüpünde gözlenmiştir. Bir gaz deşarjında deşarj tüpünün katot yüzeyinin yüksek

enerjili iyonlarla saçtırıldığını ve şekil 2.4’deki gibi, katot malzemesinin deşarj tüpünün

iç duvarında biriktiğini keşfettiler (Wasa vd. 1992).

Şekil 2.4 Bir D.C. boşalma (deşarj) tüpünün iç duvarında katot malzeme birikimi

9

O zamanlar saçtırma, gaz deşarj tüpünün ve katodun zarar görmesinden dolayı

istenmeyen bir olay olarak sayılıyordu.

Ancak bugün, saçtırma sıklıkla yüzey temizleme ve aşındırmasında, ince film

biriktirmede, yüzey analizinde ve saçtırma iyon kaynaklarında kullanılmaktadır (Wasa

vd. 1992).

2.6 D.C. Parlama Boşalması

Şekil 2.5‘de gösterilen ve anot ve katottan oluşan bir sistem vakuma alındıktan sonra

ortama argon gibi bir soy gaz gönderildiğinde iki elektrot arası bir plazma oluşur.

Uygun bir gerilimde parlama boşalması oluşur. Bu, plazma olarak tanımlanır.

Şekil 2.5 D.C. boşalması (http://icknowledge.com 2012)

2.7 Saçtırma Sistemleri

İnce film oluşturmasında verimi arttırmak için diyot saçtırma tekniğinin geliştirilmiş

halleri olan d.c. diyot saçtırma, r.f. diyot saçtırma, iyon ışınlı saçtırma, manyetik alanda

saçtırma teknikleri vardır (McClanahan ve Laegreid 1991).

10

2.7.1 D.C. diyot saçtırma

D.C. diyot saçtırma sistemi bir çift düzlemsel elektrottan meydana gelir. Şekil 2.6’daki

elektrotların bir tanesi soğuk katot ve diğer anottur. Hedef malzeme (kaplama

malzemesi) katoda yerleştirilir. Kaplanacak malzeme ise anoda yerleştirilir. Katodun

arka yüzeyi malzemenin zarar görmemesi için su soğutmalı olarak dizayn edilir. Anot

ise kaplanacak malzeme koşullarına göre ısıtmalı olabilir. Saçtırma odacığına (chamber)

yeterli miktarda argon gazı verildiğinde ve elektrotlar arasına d.c. gerilimi

uygulandığında bir plazma oluşur. Argon iyonları katot doğru duvarına hızlandırılır ve

hedef malzemeyi saçtırırlar. Bu işlemin sonunda anottaki alt tabaka (substrate) yüzeyine

ince film kaplanır (Wasa vd. 1992).

Şekil 2.6 D.C. diyot saçtırma sistemi (Ohring 1992)

2.7.2 R.F. diyot saçtırma

Bir d.c. diyot saçtırma sistemindeki hedef metal yerine yalıtkan olduğunda,

yalıtkanın ön yüzeyindeki pozitif iyonlar için ani bir engel oluşur ve bu durumda

plazma devam edemez veya oluşamaz.

Yalıtkan bir hedef malzeme durumunda, plazmanın devam etmesi için R.F. gerilim

uygulanır. Bundan dolayı da bu r.f. saçtırma sistemi olarak adlandırılır. Şekil 2.6’daki

sisteme d.c. gerilim kaynağı yerine radyo frekansı gerilim kaynağını koyarak r.f. diyot

11

saçtırma sistemi elde edebiliriz. İlk kez 1933 yılında Robertson ve Clapp tarfından

gerçekleştirilmiştir (Wasa vd. 1992, Ohring 1992).

2.7.3 İyon ışınlı saçtırma

Parlama boşalması sırasında gaz basıncı yüksektir. Bu durum, gaz moleküllerinin

saçılan parçacıkları ışınlamasına ve büyütülen filmlerin içine gaz moleküllerinin de

girmesine neden olur. İyon ışınlı saçtırma sisteminde, iyonlar iyon kaynağında üretilir.

Bu sistemde, kaplama malzemesi, iyon kaynağından ayrılmış, ayrı bir saçtırma

odacığında iyon ışınıyla bombardıman edilir. Şekil 2.8’de iyon ışınlı saçtırmaya bir

örnek gösterilmiştir.

Şekil 2.7 İyon ışınlı saçtırma sistemi (Bunshah 1994)

2.7.4 Manyetik alanda saçtırma

1935 yılında Penning, ilk olarak, bir d.c. parlama boşalma cihazına magnetik alan

uygulamıştır. Düşük gaz basıncı değerlerinde yapılan saçtırmayla elde edilen filmler

daha kaliteli ve kaplama hızı daha fazla olduğu görülmüştür (Wasa vd. 1992).

Bir elektronun P manyetik alanında hareketi şekil 2.9’da gösterilmiştir.

12

Şekil 2.8 Magnetik alanda elektronun hareketi (Wasa vd. 1992)

Elekronun P magnetik alanında hareket ettiği yörüngenin yarıçapı;

Q R P⁄ (2.16)

bağıntısıyla verilir. Burada R , , T ve P sırasıyla sürüklenme hızı, elektron kütlesi,

elektron yükü ve magnetik alandır (Wasa vd. 1992). Elektronun dönme açısal hızı da,

U P ⁄ (2.17)

bağıntısıyla verilir.

Saçılma cihazında elektrik alan ve B magnetik alanlar aynı anda uygulandığında ve

mıknatısın bir kutbu hedef malzemenin merkezine ve diğer kutbunu da kenarlara

yerleştirildiğinde elektrik ve magnetik alanların birbirine dik olması sağlanır (Wasa vd.

1992), (Cansever, 2001).

Bu durumda elektronlar veya asal gaz iyonları bu magnetik ve elektrik alanı ortamında

şekil 2.10’da gösterilen yörüngelerde hareket ederek bir çeşit spiral hareket yaparlar.

Böylece asal gaz iyonlarının çarpışma olasılıkları artar. Bu artış film kaplama hızının

artmasına ve film kalitesinin iyileştirilmesine katkıda bulunur.

13

Şekil 2.9 Elektrik ve magnetik alanda elektronun hareketi (Wasa vd. 1992)

Bu yöntemin fiziksel açıklaması;

VW ?(?) XW Y RW Z PXW) (2.18)

Lorentz bağıntısıyla yapılır. Burada E elektrik alandır. Bu yöntemde, saçılma işleminin

düşük gerilim ve düşük gaz basıncı değerlerinde yapılması, bu yöntemi çok kullanılan

ve cazip bir yöntem yapmaktadır (Vossen ve Kerner 1991).

14

3. MATERYAL VE YÖNTEM

3.1 Alt Tabakaların Hazırlanması

Bu çalışmada, alt tabaka (substrate) olarak cam kullanılmıştır. Cam alt tabakalara CuO

filmleri sputtering yöntemiyle kaplanmış ve bunların elektriksel ve optiksel ölçümler

yapılmıştır.

3.1.2 Cam alt tabakaların temizlenmesi

1 mmZ26mmZ76 mm boyutlarındaki cam alt tabakalar önce 15’er dakika 18MΩ’luk

deiyonize sudan hazırlanmış [\] su banyosunda ultrasonik yöntemle temizlenmiş ve

daha sonra yine aynı süre etil alkolde [\^\, Merck] bekletilmiştir. Bu işlemlerden

sonra, cam alt tabakalar 18MΩ’luk deiyonize su ile çalkalanmış ve azot > gazı ile kurutulmuştur.

3.2 CuO Filmlerin Kaplanması

3.2.1 Cam alt tabakalara CuO filmlerin kaplanması

Cam alt tabakalar Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Yarıiletken Fiziği

Araştırma Laboratuvarı’nda bulunan ev-yapımı (home-made) d.c. magnetron saçılma

(sputtering) cihazının anoduna yerleştirilmiş ve katotta bulunan %99,9 saflıktaki CuO

hedef yardımıyla çizelge 3.1’de gösterilen değişik koşullarda 5 saatlik saçılma süresinde

CuO ince filmler kaplanmıştır.

15

Çizelge 3.1 Cam alt tabakalara kaplanmış CuO filmlerin değişkenleri Numune

ismi

Anot-

katot

mesafesi

(cm)

Argon

akış hızı

(sccm)

Alt

tabaka

sıcaklığı

(°C)

Gerilim

(V)

Vakum

(Torr)

D1 3 70 75 1400 1,5 2 10H

D2 3 70 100 1400 1,5 2 10H

D3 3 70 125 1400 1,5 2 10H

D4 3 70 150 1400 1,5 2 10H

D5 3 70 200 1400 1,5 2 10H

3.3 Elektriksel Ölçümler İçin Cam Alt Tabakaların Hazırlanması

Kaplanan filmlerin akım-sıcaklık ölçümlerini almak için filmler aşağıdaki çizelge 3.2‘de

gösterilen boyutlarda kesilmiştir.

Çizelge 3.2 Kaplaması yapılmış cam yüzeylerin boyutları

Numune ismi Genişlik (cm) Boy (cm)

D1 0,6 2,2

D2 0,5 2,2

D3 0,5 2,3

D4 0,7 2,2

D5 0,8 2,1

Kesilen numuneler şekil 3.1‘de gösterilen yüzeyi, bakır kaplı fiber tabaka üzerine

araldahitle yapıştırılmıştır. CuO film uçlarından, gümüş pastayla birbirinden yalıtılmış

bakır fiber üzerine kontak alınmıştır. Bakır yüzeye iletkenler lehimlenmiş ve elektriksel

ölçme düzeni sağlanmıştır.

Şekil 3.1 İki nokta yöntemi yardımıyla akım numune (Pakma 2008)

3.4 Deneylerde Kullanılan Cihazlar

CuO filmlerin elde edilmesi için

(sputtering) cihazı, ultrasonik temizleme için Bransonik 12

18 MΩ’luk deiyonize su Human Zeneer Power cihaz

optiksel ölçümler için Shimadzu UV

ölçmek için Woolam Vase M2000 elipsometresi,

kontrollü Keithley 2420 akım

LakeShore 330 sıcaklık kontrolorü kullanılmıştır.

16

İki nokta yöntemi yardımıyla akım-gerilim ölçümleri almak için hazırlanan(Pakma 2008)

3.4 Deneylerde Kullanılan Cihazlar

CuO filmlerin elde edilmesi için şekil 3.2’de gösterilen ev-yapımı

(sputtering) cihazı, ultrasonik temizleme için Bransonik 12 Ultrason temizleme cihazı,

18 MΩ’luk deiyonize su Human Zeneer Power cihazı, Vecstar VCTF

ölçümler için Shimadzu UV-3600 UV-VIS spektrometresi, film kalınlıklarını

ölçmek için Woolam Vase M2000 elipsometresi, akım-sıcaklık ölçüm

kontrollü Keithley 2420 akım-gerilim kaynağı, kapalı devre Janes CCS

LakeShore 330 sıcaklık kontrolorü kullanılmıştır.

ölçümleri almak için hazırlanan

yapımı (home-made) saçılma

Ultrason temizleme cihazı,

ı, Vecstar VCTF-4 difüzyon fırını,

VIS spektrometresi, film kalınlıklarını

ölçümleri için bilgisayar

gerilim kaynağı, kapalı devre Janes CCS-350S kriyostatı,

17

Şekil 3.2 Ev yapımı (home-made) saçılma (sputtering) cihazı 1. kaplama odacığı (chamber), 2. gaz akış deneticisi, 3. alt tabaka sıcaklık deneticisi, 4. cihaz emniyet lambası, 5. su alarm cihazı, 6. cihaz açma/kapama anahtarı, 7. gaz akışı ince ayar vanası (needle valve), 8. moleküler pompa, 9. atmosfer vanası, 10. değişken transformatör (varyak), 11. gaz hortumu, 12. voltmetre, 13. ampermetre

18

4. BULGULAR VE TARTIŞMA

4.1 Bakır Oksit İnce Filmlerin Optiksel Özelliklerinin İncelenmesi

Değişik sıcaklıklarda ve değişik saçılma koşullarında büyütülmüş filmlerin UV-VIS

spektrumları, 300-1100 nm dalga boyu aralığında, Shimadzu UV-NIR 3600

spektrometresiyle ölçülmüştür. Şekil 4.1’de değişik alttabaka sıcaklıklarında

hazırlanmış beş numunenin UV-VIS spektrumları gösterilmiştir.

Şekil 4.2’de 125 °’de hazırlanmış D3 numunesinin değişik sıcaklıklarda, birer saat

tavlama sonrası alınmış UV-VIS spektrumları gösterilmiştir.

Şekil 4.3’de, 150 °’de hazırlanan D4 numunesinin değişik sıcaklıklarda birer saat

tavlama sonrası alınmış UV-VIS spektrumları gösterilmiştir.

19

Şekil 4.1 Değişik sıcaklıklarda hazırlanmış CuO numunelerin 300-1100 nm dalga boyu aralığındaki UV-VIS spektrumları ( D1 75 °, D2 100 °, D3 125 °, D4 150 ° ve D5 200 ° alttabaka sıcaklığında )

20

Şekil 4.2 125 °’de hazırlanmış D3 numunesinin değişik sıcaklıklarda birer saat

tavlama yapıldıktan sonraki UV-VIS spektrumları

21

Şekil 4.3 150 °’de hazırlanmış D4 numunesinin değişik sıcaklıklarda birer saat

tavlama yapıldıktan sonraki UV-VIS spektrumları

4.2 Bakır Oksit İnce Filmlerin Enerji Bant Aralıklarının Tayini

Değişik koşullarda hazırlanmış CuO filmlerin yasaklanmış enerji bant aralıklarını

bulurken

` `a) (4.1)

bağıntısından yararlanıldı. Burada `, `, b , R K sırasıyla, gelen ışığın şiddeti, geçen ışığın şiddeti, filmin kalınlığı, geçirgenlik yüzdesi ve CuO filminin soğurum

katsayısıdır. Bu değerler kullanılarak, değişik dalga boyundaki K soğurum katsayıları

hesaplanmıştır.

22

K5 K/5 J4+ (4.2)

Bağıntısından yararlanarak, CuO filmlerin literatürde direk ve indirek bant geçişlerine

uygun sonuçlar vermesi sebebiyle hem K5 5 hem de K5 / 5 grafiği çizilmiş, şekil 4.4’te gösterilmiştir. Elde edilen eğrilerin çizgisel kısmının 5 eksenini kestiği noktadaki değerlerden optiksel yasak enerji değerleri bulunmuş, J bant enerjisi

değerleri çizelge 4.1’de, bu J değerlerinin sıcaklıkla değişimi şekil 4.5’te

gösterilmiştir.

Şekil 4.4 Değişik sıcaklıklarda hazırlanmış CuO filmlerin K5 5 ve

K5 / 5 grafiği (D1 75 °, D2 100 °, D3 125 °, D4 150 ° ve D5 200 ° alttabaka sıcaklığında)

23

Çizelge 4.1 Değişik sıcaklıklarda hazırlanmış CuO filmlerin J enerji bant değerleri

Numune

ismi

Kaplama

sıcaklığı (°C)

cd enerji bant

aralığı (eV)

(direk)

cd enerji bant

aralığı (eV)

(indirek)

D1 75 2,38 1,72

D2 100 2,5 1,85

D3 125 2,56 1,87

D4 150 2,55 1,9

D5 200 2,6 2,05

Şekil 4.5 Değişik sıcaklıklarda hazırlanmış CuO filmlerin J enerji bant değerinin sıcaklıkla değişimi ( Büyük kareler; indirek bant aralığı, küçük kareler; direk bant aralığındaki J değerleridir )

125°C’de kaplaması yapılan D3 isimli numunenin faklı sıcaklıklarda birer saat

tavlanmış halleriyle kıyaslamasının yapıldığı K5 5 grafiği şekil 4.6’da ve aynı şekilde 150°C’de kaplaması yapılan D4 isimli numune için de aynı kıyasın yapıldığı

K5 5 grafiği şekil 4.7’de gösterilmiştir.

24

Şekil 4.6 125 °’de hazırlanan numunenin absorpsiyon katsayısı alfanın değişik

sıcaklıklarda birer saat tavlama yapılmış halleriyle karşılaştırılmasının yapıldığı K5 5 grafiği

25

Şekil 4.7 150 °’de kaplaması yapılan numune için farklı sıcaklıklarda birer saat tavlama yapılmış halleriyle karşılaştırılmasının yapıldığı K5 5 grafiği

4.3 Bakır Oksit İnce Filmlerin Aktivasyon Enerjisi ce’nın Tayini

Şekil 3.1’de gösterildiği şekilde hazırlanan numuneleri elektriksel iletkenlikleri 10 volt

d.c. gerilim uygulanarak, 120°f 300°f sıcaklıkları arasında, kriyostat (cryostat) içerisinde, 300° 400° sıcaklıkları aralığında da karanlık bir kutu içerisinde ölçülmüştür. Filmlerin değişik sıcaklıklarda ölçülen elektriksel iletkenlik değerleri;

gh(i? (4.3)

26

bağıntısından hesaplanmıştır. Burada `, ., j, U R M sırasıyla akım, numunenin boyu,

gerilim, numunenin genişliği ve filmin kalınlığıdır.

Deneysel olarak bulunan elektriksel iletkenlik değerlerinden, (2.7) bağıntısından yararlanarak, ! 1/ grafikleri çizilmiş ve şekil 4.8-4.10’da gösterilmiştir. Elde

edilen doğruların eğimlerinden CuO filmlerin aktivasyon enerji değerleri

hesaplanmış ve sonuçlar çizelge 4.2’de gösterilmiştir.

Şekil 4.8 CuO ince filmlerin 120f 400f sıcaklık aralığındaki ! 1000/ grafiği

( D1 75 °, D2 100 °, D3 125 °, D4 150 ° ve D5 200 ° alttabaka sıcaklığında )

27

Şekil 4.9 CuO filmlerin düşük sıcaklık bölgesinde 120f 300f ! 1000/ grafiği ( D1 75 °, D2 100 °, D3 125 °, D4 150 ° ve D5 200 ° alttabaka sıcaklığında )

28

Şekil 4.10 CuO filmlerin yüksek sıcaklık bölgesinde 300f 400f ! 1000/ grafiği ( D1 75 °, D2 100 °, D3 125 °, D4 150 ° ve D5 200 ° alttabaka sıcaklığında )

29

Şekil 4.11 D4 numunesi için iletkenliğin 120f 300f aralığında Mott VRH modeline göre değişimini gösteren ln/ ⁄ 4 H⁄ grafiği

Şekil 4.12 D4 numunesi için iletkenliğin 300f 400f aralığında termiyonik emisyon modeline göre değişimini gösteren ln/ ⁄ 4 1000/ grafiği

30

Çizelge 4.2 CuO numunelerin düşük 120f 300f ve yüksek sıcaklık 300f 400f bölgelerinde aktivasyon enerjileri

Numune

ismi

Kaplama sıcaklığı

(°C)

Düşük sıcaklıklarda

mnop qoop ce (eV)

Yüksek

sıcaklıklarda

qoop roop ce (eV)

D1 75 0,070 0,159

D2 100 0,089 0,181

D3 125 0,077 0,187

D4 150 0,060 0,177

D5 200 0,062 0,277

31

5. SONUÇ

Bu çalışmada D.C. magnetron sputtering tekniği kullanılarak farklı alttabaka

sıcaklıklarında cam alttabakalar üzerinde CuO ince filmler büyütülmüş ve bunların

optiksel ve elektriksel ölçümleri yapılmıştır.

Bu CuO filmlerin optiksel özellikleri UV-VIS spektroskopisi yardımı ile incelenmiş ve

buradan optiksel enerji bant aralıkları indirek ve direk geçişler için sırasıyla 1,85 eV ve

2,5 eV, aktivasyon enerjileri elektriksel ölçümlerden 0,06-0,27 eV mertebesinde

bulunmuştur. 75 , 100, 125, 150 ve 200 °C alt tabaka sıcaklıklarında büyütülen CuO filmlerin optiksel ve elektriksel özellikleri birbirleriyle karşılaştırılmış ve bunlarla ilgili

fiziksel parametreler araştırılmıştır. UV-VIS spektrumlarından, alt tabaka sıcaklığı

arttıkça ışık geçirgenliğin önce arttığı daha sonra artan alt tabaka sıcaklığıyla azaldığı

gözlenmiştir. D4 numunesi için geçirgenlik pik yapmıştır. Buradan hareketle

geçirgenlik için büyütülen filmler içinde optimum geçirgenlik şartlarının D4

numunesine ait olduğu söylenebilir.

Numunelerin soğurma katsayıları UV-VIS spektrumlarından hesaplanmış ve K5 5 ve K5 / 5 çizimlerinden yasak enerji bant aralıkları bulunmuştur. Elde

edilen sonuçlar şekil 4.4’te ve şekil 4.5’te sunulmuş ve bu değerlerin sıcaklıkla arttığı

görülmüştür. Bu değerler indirek bant için yaklaşık 1,85 eV ve direk bant aralığı için

yaklaşık 2,5 eV dir. CuO’nun indirek mi yoksa direk bant yapısında mı olduğu kesin

olarak bilinmediği için hem K5 5 hem de K5 / 5 grafiğine göre hesap yapılmıştır. Bulunan 1.85 eV değerinin literatürdeki yayınlarla karşılaştırıldığında sol-

gel yöntemiyle 500°C’de 1 saat tavlamayla cam alttabakaya kaplanan CuO film için

bulunan 1,82 eV değeriyle uyumlu olduğu ve bu yayının atıfta bulunduğu 1,75-2,15 eV

bölge içinde kaldığı gözlenmiştir. Bunun, benzer teknikle, 400°C tavlama sıcaklığında

kuartz yüzeye kaplanmış CuO film için bulunan 1,90 eV değeriyle uyumlu olduğu

görülmüştür.

Ayrıca, atmalı lazer kaplama metoduyla (pulsed laser deposition technique) hazırlanan

CuO film için K5 5 grafiğinden elde edilen 2,12 eV enerji bant aralığı ile

32

karşılaştırıldığında, bulduğumuz sonucun bu değerle de uyumlu olduğu saptanmıştır (

Ray 2000, Chen vd.2008, Serin 2010 ).

Filmlerin elektriksel iletkenliği bilgisayar denetimli bir düzenek yardımıyla T ölçümlerinden belirlenerek denklem (4.3)’e göre öz iletkenlik değerleri hesaplanmış ve

! 1000/ grafiği çizilerek, grafiğin eğiminden CuO filmlerin aktivasyon enerjileri

hesaplanmıştır. Bu hesaplamalardan elektriksel iletkenliğin 150 °C alttabaka sıcaklığına kadar arttığı, daha sonraki alt tabaka sıcaklıklarında azaldığı görülmüştür. Bu alttabaka

sıcaklığında elektriksel iletkenliğin artması, D4 numunesi için iletkenliğin pik yapacak

en uygun şartlara sahip olduğunu gösterir.

Büyütülen CuO filmlerden D4 numunesinin 120f 300f aralığındaki elektriksel

iletkenlik mekanizmasını anlamak için şekil 4.11’de de gösterilen ln/ ⁄ 4 H⁄

grafiği çizilmiş ve bu grafiğin denklem (2.13) ile uyumlu olduğu ve Mot’un VRH

mekanizmasına uyduğu gözlenmiştir. Buradan hareketle 120f 300f bölgesinde

iletkenliğin, elektronların iletim bandına geçişiyle değil de verici seviyelerinde hoplama

yapmasıyla gerçekleştiği söylenebilir. Yine D4 numunesinin 300f 400f

aralığındaki iletkenlik mekanizmasını anlamak için Şekil 4.12’de gösterilen

ln/ ⁄ 4 1000/ grafiği çizilmiş ve bu grafiğin termiyonik emisyon modeliyle

uyumlu olduğu gözlenmiş olup 300f 400f aralığında iletimin, yeterli enerjiye sahip

elektronun iletim bandına geçmesiyle sağlandığını söyleyebiliriz. Genel anlamda bütün

numuneler için iletkenlik Mott VRH ve termiyonik emisyon modeliyle açıklansa da

sıcaklık bölgeleri için net bir ayrım yapmak mümkün değildir. Örneğin D5 numunesi

için 140f 220f aralığında Mott VRH, 330f 400f aralığında termiyonik

emisyon geçerli olmakla beraber 250f 300f ara sıcaklık bölgesinde kesin bir ayrım

yapılamamakta olup her iki mekanizmanın da geçerli olabileceğini söyleyebiliriz. Öyle

ki şekil 4.8 ve 4.9’daki eğrilerin bükümlerinden de söz konusu bölgelerde birden fazla

mekanizmanın varlığından bahsedilebilir.

33

KAYNAKLAR

Anonymous, 2010. Web Sitesi: http://icknowledge.com, Erişim Tarihi: 12.10.2010

Anonymous, 2012. Web Sitesi:http://www.metalurji.org.tr Erişim Tarihi:30.04.2012

Balamurgan, B. and Metha, B.R. 2001. Optical and Structural Properties nanocrystalline

Copper Oxide Thin Films Prepared by Activated Reactive Evaporation.

Thin Solid Films, Vol. 396, pp.359-367.

Bunshah, R.F., 1994. Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings,

Noyes Publication, New Jersey.

Cansever, N., 2001. Manyetik Alanda Sıçratma Yönteminde Son Gelişmeler,

http://www.mmo.org.tr/muhendismakina/arsiv/2001/mayis/manyetik.htm,

Erişim Tarihi: 18.01.2007

Chaudhary S., Yatendra, Agarwal, A., Shrivastav, R., Satsangi, V. and Dass., S., 2003.

A study on the photoelectrochemical properties of copper oxide thin films.

Chen, A., Yang, G., Long, H., Li, F., Li, F. and Lu, P., 2009. Nonlinear optical

properties of laser deposited CuO thin films, Thin Solid Films Vol. 517, pp.

4277–4280.

Liu, Q., Liang, Y., Liu, H., Hong, J. and Xu, Z., 2005. Soluiton phase synthesis of CuO

nanorods, Chem.Phys. 89 p.

McClanahan, D. and Laegreid, N., 1991. Production of Thin Films by Controlled

Deposition of Sputtered Material, in: Sputtering by Particle Bombardment III,

Topics in Applied Physics, Vol 64, 339 p., Springer Verlag, Berlin.

Morales,J., Sanchez, L., Martin, F., Romos-Barrado, J.R. and Sanchez, M., 2004.

Nanostructured CuO thin film electrodes prepared by spray pyrolaysisi: a

simple method for enhancing the electrochemical performance of CuO in

lithium cells, 151 p.

Nag, B.R., 1980. Electron tarnsport in compound semiconductors, Spriger Verlag,

Berlin Heildelberg, 461 p., New York.

Pakma, O., Metal/Tio2/c-si/metal yapılarında yüzey şartlarının elektriksel belirtkenler

üzerindeki etkisi, Doktora tezi, Ankara Üniversitesi, 40 p., Ankara.

34

Paraguay D, F., Estarda L, W., Acosta N, D.R., Andratde, E. and Yoshida, M.M.,1999.

Growth, structure and optical characterization of high quality ZnO thin films

obtained spray pyrolysis, Thin Solid Films, Vol 350, pp. 192-202.

Park, S.S and Mackenzie, J.D., 1995. Sol-gel-derived thin oxide thin films, Thin Solid

Films, Vol. 258, pp. 268-273.

Pauleau, Y., 1994. Materials and Processes for Surface and Interface Engineering,

Kluwer Academic Publishers, London.

Ray, S., 2000. Preparation of copper oxide thin film by the sol-gel-like dip technique

and study of their structural and optical properties, Solar Energy Materials &

Solar Cells, Vol. 68, pp. 308-312.

Serin, T., Yildiz, A., Serin, N., Yıldırım, N., Ozyurt, F. and Kasap, M., 2010. J.Electron

Mater, Vol. 39, 1152p.

Smith, W.F., 1990. Principles of materials science and engineering, McGraw-Hill, Inc.,

USA, 864 p.

Streetman, B.G., 1980. Solid state electronic devices, Second Edition, Prentice-Hall,

Inc., 461 p.

Thobor, A. and Pierson J.F., 2003. Properties and air annealing of paramelaconite thin

films, Thin Solid Films, 121 p.

Uzun, Ş., 2012. Sol-gel yöntemiyle hazırlanan In doplu ZnO ince filmlerin elektriksel

ve optiksel özelliklerinin incelenmesi. Yüksek lisans tezi (basılmamış).

AnkaraÜniversitesi, Ankara.

Vossen, J. V. and Kerner, W., 1991.Thin Film Processes II, Academic Press, Boston.

Wasa, K. and Hayakawa, S., 1992. Handbook of Sputter Deposition Technology, New

Jersey.

35

ÖZGEÇMİŞ

Adı Soyadı : Emrah ÇAM

Doğum Yeri : Altındağ/ANKARA

Doğum Tarihi : 31.08.1986

Medeni Hali : Bekar

Yabancı Dili : İngilizce

Eğitim Durumu (Kurum ve Yıl)

Lise : Yunus Emre Süper Lisesi (2000-2004)

Lisans : Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fizik

Bölümü (2005-2009)

Yüksek Lisans : Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mühendisliği

(Eylül 2009-Temmuz 2012)

Çalıştığı Kurum/Kurumlar ve Yıl

Makromarket A.Ş. (2011)

Ozon Giyim A.Ş. (Defacto) (2012)

Yayınları (SCI ve diğer)

T Serin, A Yildiz, S Uzun, E Çam and N Serin, 2011. Electrical conduction properties of In-doped ZnO thin films, Physica Scripta, Vol. 84, 6pp. N. Serin, A. Yildiz, E. Çam, Ş. Uzun and T. Serin, 2012. Fluctuating in the hopping rate of CuO thin films with respect to substrate temperature, Superlattices and Microstructures, In press.