Katkısız ve katkılı CdSe ince filmlerinin optik ve elektrik özelliklerinin araştırılması

Abstract

Bu çalışmada II-VI yarıiletken grubuna ait katkısız ve katkılı CdSe ince filmlerinin, yapısal, elektriksel ve optik özellikleri XRD, sıcaklık bağımlı elektriksel iletkenlik, Hall etkisi, manyetik direnç ve soğurma ölçümleri ile belirlenmiştir. İnce filmler temizlenmiş uygun cam alttaşlar üzerine termal buharlaştırma yöntemi ile büyütülmüşlerdir. Büyütme esnasında sistemin vakumu 10-5 torr civarında tutulmuştur. Büyütülen filmler 673 K sıcaklığında 30 dakika tavlanmıştır. CdSe ince filmlerinin yapısal, elektriksel ve optik özellikleri üzerindeki tavlama ve katkılamanın etkisi araştırılmıştır. X ışını kırınımlarından, kristalin yapısı ve sitokiyometrisi belirlenmiştir. Filmlerin sitokiyometrik ve hegzagonal olduğu gözlenmiştir. İletim mekanizmaları, tuzak seviyeleri, iletkenlik tipi, taşıyıcı konsantrasyonları ve mobilitelerini belirlemek için, 10 – 400 K sıcaklık aralığında sıcaklığa bağlı elektriksel iletkenlik ve Hall ölçümleri yapılmıştır. Tavlamaya ve In katkısına bağlı olarak saf CdSe ince filmlerinin özdirençlerinde düşüş gözlenmiştir. Katkılı ve katkısız örneklerin iletkenliklerinin sıcaklık ile birlikte değişimi iki farklı aktivasyon enerjisini ortaya koymaktadır. Katkısız ve katkılı ince filmlerin özdirençlerindeki değişim 3,44x102 ?-cm ile 5,15x101 ?-cm aralığındadır. Örneklerin aktivasyon enerjileri düşük sıcaklık bölgesinde 4 – 10 meV, yüksek sıcaklık bölgesinde ise 23 – 58 meV aralığında bulunmuştur. Ayrıca filmlerin aktivasyon enerjisi ile özdirencinin tavlamaya bağlı olarak azaldığı gözlenmiştir. Hall ölçümlerinden, katkısız ve In katkılı CdSe ince filmlerinin n tipi iletkenliğe sahip olduğu bulunmuştur. Manyeto direnç ölçümlerinde 10 K’ nin altında negatif manyeto direnç, 15 K’nin üzerinde pozitif manyeto direnç gözlenmiştir. Filmlerin yasak enerji aralıkları UV-VIS-IR spektroskopisinde 190-1100 nm dalga boyları arasında incelenmiştir. Tavlamaya bağlı olarak saf CdSe filmlerinin yasak enerji aralıklarının 2,25 eV’ dan 1,75 eV değerine düştüğü gözlenmiştir. Benzer düşüş In katkılı CdSe filmi için 2,18eV’dan 1,65 eV şeklinde gerçekleşmiştir.

In this study, the structural, electrical and optical properties of undoped and In doped CdSe thin film belonging to group II-VI semiconductors have been investigated by means of XRD, temperature dependent electrical conductivity, Hall effect, magnetoresistance and absorption measurements. Thin films have been deposited on suitably cleaned glass substrates by thermal evaporation method. The pressure during evaporation was maintained at 10-5 Torr. The ‘as-deposited’ films are annealed in vacuum at 673 K for 30 min. and the effect of annealing and doping of CdSe thin films on structural, optical and electrical properties have been studied. The crystal structure and stoichiometry were determined from X-ray diffractograms. It was observed that the films were stoichiometric and polycrystalline in nature having hexagonal structure. In order to determine the conduction mechanisms, trap centers, conduction type, carrier concentration and mobility variations, temperature dependent electrical conductivity and Hall effect measurements have been carried out in the temperature range of 10-400 K. It was observed that both annealing and In doping to the undoped CdSe thin films caused a decrease in resistivity. Variation of conductivity with temperature reveals the presence of two activation energies for both undoped and doped samples. The electrical resistivities of undoped and doped thin films have been measured as 3,44x102 ?-cm and 5,15x101 ?-cm, respectively. The activation energies of the samples have been found to be 4-10 meV at low temperature region, and 23–58 meV at high temperature region. It was also found that the activation energies and the resistivities of the films decrease with post annealing. Hall measurements showed that both undoped and In doped CdSe thin films exhibits ntype conduction. Magnetoresistance measurements showed negative resistivity below 10 K and positive resistivity above 15 K. The optical band gaps of these films were determined by UV-VIS-IR spectroscopy in the wavelength range 190-1100 nm. Band gap values were found to be decreasing from about 2.25 eV to 1.75 eV with increase of the annealing temperature for pure CdSe. Similar decrease in band gap values were found to be from about 2.18 eV to 1.65 eV for In doped CdSe films.