Fiziksel buhar biriktirme yöntemi ve Doktor Blade kaplama tekniği ile üretilen CuInSe2 ince Filmlerin özelliklerinin araştırılması

Abstract

Bu çalışmada I-III-VI yarıiletken grubuna ait %1 Ge katkılı CuInSe2 ince filmlerinin, yapısal, elektriksel ve optik özellikleri; XRD, sıcaklık bağımlı elektriksel iletkenlik, Hall etkisi ve soğurma ölçümleri ile belirlenmiştir.İnce filmler termal buharlaştırma yöntemi ve doktor blade kaplama tekniği ile elde edilmişlerdir. Termal buharlaştırma yöntemi ile elde edilen filmler 100 ve 300 °C sıcaklıklarında, doktor blade kaplama tekniği ile elde edilen filmler ise 200 ve 400 °C sıcaklıklarında 30 dakika tavlanmıştır.Çalışmanın amacı tavlama işleminin film özellikleri üzerindeki etkisinin araştırılmasıdır. Termal buharlaştırma yöntemi ile elde edilen filmlerin stokiyometrik oranı tutarlı değilken doktor blade kaplama tekniği ile üretilmiş filmlerin istenilen stokiyometrik orana sahip ve tetragonal yapıda olduğu belirlenmiştir. İletim mekanizmaları, tuzak seviyeleri, iletkenlik tipi, taşıyıcı konsantrasyonları ve mobilitelerin belirlenmesi için sırasıyla termal buharlaştırma yöntemi ve doktor blade kaplama tekniği ile üretilen numuneler için, 200-420 K sıcaklık aralığı ve oda sıcaklığında Hall ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Sırasıyla termal buharlaştırma yöntemi ve doktor blade kaplama tekniği ile üretilen numunelerin özdirençlerindeki değişim, 5,24 × 105 ? 1,69 × 106 ?. cm ve 8,64 × 104 ? 1,25 × 106 ?. cm aralığındadır. Tavlama sıcaklığına bağlı olarak filmlerin özdirençlerinin düşüş eğiliminde olduğu görülmüştür. Numunelerin iletkenliklerinin sıcaklıkla değişimi üç farklı aktivasyon enerjisini ortaya koymaktadır. Sırasıyla termal buharlaştırma yöntemi ve doktor blade kaplama tekniği ile üretilen numunelerin aktivasyon enerjileri düşük sıcaklık bölgesinde 0,41– 23 meV ve 14 ? 26 meV aralığında, yüksek sıcaklık bölgesinde ise 341– 550 meV ve 131– 405 meV aralığındadır. Hall ve hot probe ölçümleri ile numunelerin p tipi iletkenliğe sahip olduğu bulunmuştur. Numunelerin yasak enerji aralıkları UV-VIS-IR spektroskopisinde 190- 1100 nm dalga boyları arasında incelenmiştir. Üretim yöntemi ve tavlamaya bağlı olarak yasak enerji aralıklarının 2,24 eV’dan 0,95 eV değerine düştüğü gözlenmiştir.

In this study, the structural, electrical and optical properties of 1% Ge doped CuInSe2 thin films belonging to the I-III-VI semiconductor group were determined by XRD, temperature dependent electrical conductivity, Hall Effect and absorption measurements. Thin films were obtained by thermal evaporation method and doctor blade coating technique. The films obtained by thermal evaporation method are annealed at 100 and 300 °C, and the films obtained by doctor blade coating technique are annealed at 200 and 400 °C for 30 minutes. The aim of the study is to investigate the effect of annealing on film properties. The films produced by thermal evaporation method were not consistent with the stoichiometric de coating technique had the desired stoichiometry and were tetragonal. In order to determine conduction mechanisms, trap levels, conductivity type, carrier concentrations and mobility for the samples produced by thermal evaporation method and doctor blade coating technique, Hall measurements were performed at 200-420 K temperature range and room temperature, respectively. The change in resistivity of samples produced by thermal evaporation method and doctor blade coating technique, respectively is in the range of 5.24 × 105 ? 1.69 × 106 ?. cm and 8,64 × 104 ? 1,25 × 106 ?. cm.Depending on the annealing temperature, the resistivity of the films has been shown to tend to decrease. The variation of the conductivity of the samples with temperature revealed three different activation energies. The activation energies of the samples produced by thermal evaporation method and doctor blade coating technique are in the range of 0.41– 23 meV and 14 ? 26 meV in the low temperature zone, 341– 550 meV and 131– 405 meV meV in the high temperature zone. It was found that the samples have p type conductivity with Hall and hot probe measurements.Forbidden energy gaps of the samples were investigated between 190- 1100 nm wavelengths by UV-VIS-IR spectroscopy. Depending on the production method and annealing, it was observed that the forbidden energy gaps decreased from 2.24 eV to 0.95 eV.