Kalkojenit Temelli Nanokompozit İnce Filmlerin Üretilmesi ve Optoelektronik Cihaz Uygulaması

Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje, 2021 - 2022

Proje Türü: Yükseköğretim Kurumları Destekli Proje
Başlama Tarihi: Ocak 2021
Bitiş Tarihi: Ocak 2022

Proje Özeti

Transparan iletken malzemelerin kullanımı son 20 yılda günlük yaşantımızda sıkça karşımıza çıkmaktadır. Transparan iletken malzemeler aydınlatmada kullanılan LED’lerde (ışık yayan diyot), televizyonlarda, bilgisayar monitörlerinde ve telefonlarda ki LED ekranlarda, elektrik üretiminde kullanılan güneş panellerinde ve fotodiyot gibi bir birçok optoelektronik cihazların geliştirilmesinde ve üretiminde kullanıldığından dolayı büyük önem taşımaktadır. Transparan iletken malzemeler optik geçirgenliği yüksek, elektriksel iletkenliği ise metaller kadar iyi malzemelerdir. Elektriksel iletkenlikteki yük taşıyıcıların (elektron ve hole) yoğunluğuna göre n ve p tipi olmak üzere karşımıza çıkarlar. Bir yarıiletken veya iletken malzeme yük taşıyıcı fazlalığı elektron ise n-tipi, hole ise p- tipi diye adlandırılır. n-tipi şeffaf iletken olarak halihazırda ticari olarak satılan İndiyum Kalay Oksit (ITO) ve Flor Kalay Oksit (FTO) gibi malzemeler çeşitli optoelektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, p-tipi malzemelerde hole (deşik) adı verilen pozitif yük taşıyıcıların malzeme içerisindeki mobilitesi (hareketlilik) n-tipi malzemelerdeki yük taşıyıcılar olan elektronlara kıyasla çok daha düşük olduğundan dolayı, p-tipi şeffaf iletken malzemeler üretmek çok daha zordur ve bu nedenle henüz ticari seviyede bir p-tipi transparan iletken bir malzeme bulunmamaktadır. Tam transparan cihaz uygulamaları ve/veya diğer cihaz uygulamalarındaki farklı tasarım yapabilme esnekliğini artırmak için p-tipi transparan iletken malzemelerin (p-TİM) geliştirilmesi büyük önem arz etmektedir. P-tipi transparan iletken malzeme araştırmalarında şimdiye kadar kullanılan teknikler arasında kimyasal banyo biriktirme (CBD), Atomik katman biriktirme (ALD), RF magnetron saçtırma gibi farklı yöntemler bulunmaktadır. Bu projede kullanılacak üretim tekniği ise Termiyonik Vakum Ark yöntemidir.

TVA yüksek vakum ortamında çalışan bir plazma ince film biriktirme teknolojisidir. Sistem içerisinde anot ve katot olarak bilinen iki elektrot bulunmaktadır. Katot uca uygulanan AC akımdan kaynaklı elektron tabancasında termal elektronlar oluşturulur. Anot uca uygulanan DC gerilim sayesinde termal elektronlar Wehnelt silindir yardımıyla odaklanarak malzemeye doğru hızlandırılır. Uygulanan potansiyel yeterli ise materyali plazma durumuna geçirebilir. Bu tür bir ortamda, alt taş üzerine yüksek enerjili iyonlar tarafından ince film biriktirilir. Bu projede kullanılacak kalkojenit malzemelerde TVA yöntemiyle kolayca alttaş üzerine biriktirilebilmektedir. Kalkojenit malzemeler, kalkojen anyonların elektropozitif elementler ile yaptığı bileşiklere verilen isimdir. Kalkojenler periyodik tablonun 6A Grubu (16. Grup) elementlerinin genel adı olsa da Kalkojenitler, genellikle Oksitler dışında kalan Sülfit, Selenit, Tellürit ve Polonitlerin genel adıdır [16]. Bu çalışmada, geçiş metal kalkojenitler olan CuS ve ZnS yarıiletkenleri ile yapılacaktır.

CuS-ZnS tozları uygun oranlarda karıştırılarak yüksek basınçta sıkıştırılarak (hidrolik pres kullanılarak) pellet haline getirilir. CuS-ZnS pellet anot potasına yerleştirilerek yüksek vakum altında plazma haline getirilip CuS:ZnS nanokristalin temelli nanokompozit ince film, Si ve cam alttaşlar üzerine biriktirilecektir. Cam üzerine kaplanan numune kullanılarak UV-Vis spektrofotometre ölçümü yapılarak, optik geçirgenlik ve soğurma spektrumları gözlenip optik yasak bant aralığı değeri optik soğurma spektrumu ve Tauc metodu kullanılarak belirlenecektir. Hall Etkisi Ölçümü yapılarak nanokompozit yarıiletken ince filmin iletkenlik tipi, yük taşıyıcı konsantrasyonu, hole mobilitesi, direnç ve iletkenliği belirlenecektir.

Bu projede çeşitli yarıiletken ve optoelektronik cihaz uygulamaları için, p-tipi şeffaf yüksek elektrik iletkenliğe sahip (CuS)x:(ZnS)1-x nanokompozit ince film malzemenin Termiyonik Vakum Ark (TVA) metodu kullanılarak üretilmesi amaçlanmaktadır. Proje sürecinde farklı CuS/ZnS oranlarına sahip numuneler üretilip optik geçirgenlik ve elektriksel özellikler optimize edilecektir. Geliştirilen şeffaf p-tipi iletken (CuS)_x:(ZnS)_1-x nanokompozit ince filmden de bir yarıiletken devre elemanı uygulaması elde edilecektir.