Fiziksel buhar biriktirme yöntemiyle üretilen bi2te3 ince filminin özelliklerinin araştırılması

Abstract

Yapılan çalışmada periyodik cetvelin V-VI grubuna ait Bi ve Te elementlerinin sinterlenmesi ile Bi2Te3 bileşiği elde edilmiş ve daha sonra fiziksel buhar biriktirme yöntemi ile ince filmler cam tabanlar üzerine büyütülmüştür. Soğuk ve 250oC’de alttaşlar üzerine 0,5 µm kalınlığında üretilen filmlerin yapısal, elektriksel ve optik özellikleri araştırılmıştır. Termal buharlaştırma işlemi, 10-5 torr basınç altında, tungsten potaya yerleştirilmiş toz halindeki kaynak bileşiğin eritilmesi ile gerçekleştirilmiştir. X-Işını kırınımı (XRD) ve EDS özellikli taramalı elektron mikroskopu (SEM) ölçümlerinden filmlerin yapısal, yüzey özellikleri ve film stokiometrisi (element ölçüsü) belirlenmiştir. Filmlerin iletim özellikleri (özdirenç, iletkenlik), taşıyıcı mobiliteleri ve yoğunluklarını tespit edebilmek için (20-400) K aralığında Hall Etkisi ölçümleri yapılmıştır. Soğuk alttaş üzerine üretilen ince filmin özdirenci 1,32x10-2-1,84x10-1 (?.cm) aralığındayken; 250oC de üretilen yarıiletken ince filmin özdirenci 5,03x10-2-5,36x10-1 (?.cm) aralığında ölçülmüştür. Hall ölçümü sonucunda filmlerin taşıyıcı yoğunluklarının 1018-1019 (cm-3) mertebesinde ve mobilitelerinin ise 16,8-36,5 (cm2V-1s-1) aralığında olduğu tespit edilmiştir. 250oC alttaş üzerine üretilen filmin Fourier Dönüşümlü Infrared Spektroskopisi (FTIR) ölçümünden alınan sonuca göre yasak enerji aralığı yaklaşık 0,19 eV iken, soğuk alttaş üzerine üretilen filmin yasak enerji aralığı yaklaşık 0,21 eV olarak bulunmuştur. Filmlerin yasak enerji aralığının, alttaş sıcaklığı arttıkça az da olsa azaldığı gözlenmiştir.

In this study, Bi2Te3 compound which belongs to V-VI group of the periodic table was obtained by sinterization of Bi and Te elements, then the thin films were grown on glass substrates by physical vapor deposition (PVD) method. Structural, electrical and optical properties of the films produced at 0,5 ?m thickness on cold and 250oC preheated substrates were investigated. Thermal evaporation was performed at a pressure of 10-5 torr by melting the source powder placed in the tungsten crucible. The structural, surface properties and film stoichiometry of the films were determined from X-ray diffraction (XRD) and EDS equipped scanning electron microscopy (SEM) measurements. In order to determine the conduction characteristics (resistivity, conductivity), carrier mobility and density of the films, Hall Effect measurements were carried out at (20400) K. The thin film resistivity produced on the cold substrate was in the range of 1.32x10-2 - 1.84x10-1 (?.cm), whereas thin film produced at 250oC the resistivity was to be in the range of 5.03x10-2 - 5.36x10-1 (?.cm). As a result of Hall measurement, it was determined that the carrier densities of the films were in the range of 1018-1019 (cm-3) and the mobilities were in the range of 16.8-36.5 (cm2V-1s-1). According to the Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) measurement, the energy band gap is around 0.19 eV for the film produced on 250oC substrate, while for the film on cold substrate it is about 0.21 eV. The energy band gap of the films has been observed to decrease slightly as the substrate temperature increases.