[1] S.Y. Lee, E.S. Shim, H.S. Kang, S.S. Pang, J.S. Kang, Thin Solid Films 473, 2005 , 31

1. RF Püskürtme Tekniği İle Üretilen ZnO İnce Filmlerin Bazı Fiziksel Özellikleri N.Emre ÇETİN, Murat ÖZMUMCU Naci EKEM, Şadan KORKMAZ, Suat PAT, Mustafa Zafer BALBAĞ Eskisehir Osmangazi Üniversitesi, FizikBölümü, Eskişehir,Türkiye emrencetin@hotmail.com , Flea_43@hotmail.com ÖZET Dünya enerji üretiminin 2003-2030 yılları arasındaki zaman dilimi içerisinde %70’den fazla artması beklenmektedir. Tüketilen enerjinin, küresel ısınmaya neden olan karbondioksit gazı emisyonunu da büyük hızda arttırması beklenmektedir. Bu gerçek dünya enerji üretimini tükenen ve kirleten fosil yakıtlardan temiz, yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmeye sevk etmiştir. Temiz ve yenilenebilir enerji kaynağının en önemlisi güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren güneş pilleridir. Son yıllarda güneş pili gözeleri için ince filmler hakkında çalışmalar artmıştır. Bu çalışmalarda CdO ve ZnO gibi saydam iletken oksit malzemelerin fotovoltaik güneş pili uygulamalarında önemli bir yere sahip oldukları gözlemlenmiştir. Bu malzemeler, uygun elektro optik özelliklerinden dolayı gelecekteki güneş pili uygulamaları için umut verici malzemelerdir. Bu çalışmada; RF püskürtme sistemini ve çalışma prensibini, bu teknikle üretilen ZnO ince filmlerin bazı fiziksel özelliklerini inceleyeceğiz. Anahtar Kelimeler: RF Sputter; ZnO; İnce film; güneş gözesi 1. RF SPUTTER (PÜSKÜRTME) SİSTEMİ VE ÇALIŞMA PRENSİBİ Radyo frekansı (RF) püskürtme sistemi vakum odası, vakum pompası, RF güç kaynağı, eşleştirme ünitesi olmak üzere 4 ana kısımdan oluşur. Vakum pompası; vakum odasını düşük basınç değerlerine çekmek amacıyla kullanılmaktadır. Basıncı düşürmemizin sebepleri; vakum odasını havadaki diğer gazlardan temizlemek ve iyonize olmuş parçacıkların ortalama serbest yolunu arttırarak yüksek enerjili çarpışmalar elde etmektir. Böylelikle plazmasını oluşturmak istediğimiz materyalin saflığını ve kalitesini arttırabiliriz. Radyo frekansı güç kaynağı ile elektromanyetik dalgalar oluşturulur. Elektromanyetik dalga; elektrotların her yarım devirde katodun anot, anodun katot görevi yapmasıyla oluşur. Bu dalgalar eşleştirme ünitesi sayesinde vakum odası içinde titreşim frekansı oluşturarak hedef materyalin iyonize olmasını sağlar. Frekansın yüksek olması plazma deşarjını sürekli hale getirir. RF püskürtme sisteminde meydana gelen olayı kısaca şöyle açıklayabiliriz.Belirli frekans değerinde (13,56 MHz) Ar gazları titreştirilir. Titreşen Ar gazları enerji kazanarak hedef materyali iyonize hale getirir ve lamel üzerinde ince film katmanı oluşturur. RF püskürtme sistemiyle film oluşumunun şematik gösterimi Şekil 1’ de gösterilmiştir. Şekil 1. RF püskürtme sistemiyle film oluşumunun gösterimi Şekil 3.RF püskürtme sisteminin şematik gösterimi (b) (a) (c) 2. ZnO İNCE FİLMLERİNİN BAZI FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ Şekil 4. RF püskürtme sisteminin bazı parçaları (a) Vakum Odacığı, (b) elektrot, (c) RF Güç Kaynağı Şekil 2. İnce filmin oluşumu esnasındaki bir görüntüsü 2.1. Optiksel Özellikler Materyalin kompleks kırılma indisinden yararlanarak oluşturduğumuz ZnO ince filminin bazı optiksel özellikleri incelenmiştir. Optiksel özelliklerden yararlanarak ZnO ince filminin geçirgenliği ve kalınlığı incelenmiştir. Ayrıca filmin enerji aralığı tespiti için de optik metot kullanılmıştır. Absorbsiyon spektrumundan yararlanarak çizilen değişim grafiğinden filmin enerji aralığı tespit edilmiştir. Bu grafiğin lineer kısmının hv eksenini ‘da kestiği noktanın enerji değeri filmin enerji aralığını verir. Ayrıca farklı O konsantrasyonlarındaki ZnO ince filmlerinin yasak enerji aralıkları incelenmiştir. 2.2 Elektriksel Özellikler Filmin I-V karakteristikleri Şekil 8’ de verilmiştir. Filmin akım değerleri oda sıcaklığında 0-2000 V aralığında bir voltaj uygulanarak ölçülmüştür. Üretilen ZnO ince filmin O konsantrasyonu %30 ‘ dur. Filmin I-V karakteristiği ve film üzerine yapılan kontak parametresi kullanılarak, film için özdirenç ve iletkenlik değeri hesaplanmıştır. Hesaplanan bu değerler Tablo 3’ de gösterilmiştir. Şekil 7. ZnO Filmin geçirgenlik spektrumu Şekil 6. Filmin değişim grafiği Şekil 5. ZnO filminin temel absorbans spektrumu Şekil 8. ZnO filminin I-V karakteristiği Tablo 3. ZnO filminin iletkenlik ve özdirenç değeri Tablo1. ZnO filminin kalınlık ve 700 nm dalga boyunda geçirgenlik değeri 3. Sonuç ve Tartışma RF püskürtme tekniği ile oluşturulan ZnO filmler cam taban üzerine düzgün homojen olarak tutundukları görülmüştür. ZnO filmlerin optik bant geçişleri Oksijen konsantrasyonuna bağlı olarak azda olsa değiştikleri gözlenmiştir. Bundan sonra yapılacak çalışmada RF püskürtme yöntemiyle üretilen ZnO filmlerin yapısal özellikleri incelendikten sonra fiziksel özellikleriyle karşılaştırılacaktır. Tablo 2. Farklı O konsantrasyonlarındaki enerji aralığı Kaynaklar [8] Water W, Chu S-Y. Physical and structural properties of ZnO sputtered films. Mater Lett 2002;55:67–72 [9] Nunes P, Costa D, Fortunato E, Martins R. Performances presented by zinc oxide thin films deposited by r.f. magnetron sputtering. Vacuum 2002;64(3–4):293–7 [4] Raegan Lynn Johnson, 2005, Characterization of piezoelectric ZnO thin films and fabrication of piezoelectric micro-cantilevers, Iowa State University, Ames, Iowa, Master of Science [5]Oktik Ş., Güneş-Elektrik Dönüşümleri Fotovoltaik Güneş Gözeleri ve Güç Sistemleri, 2001, Ankara [6] D. Hariskos, S. Spiering, M. Powalla, Thin Solid Films, 480, 2005, 99 [7] Li BS, Liu YC, Shen DZ, Zhang JY, Lu YM, Fan XW. Effects of RF power on properties of ZnO thin films grown on Si (001) substrate by plasma enhanced chemical vapor deposition. J Cryst Growth, 2003;249:179–85 [1] S.Y. Lee, E.S. Shim, H.S. Kang, S.S. Pang, J.S. Kang, Thin Solid Films 473, 2005 , 31 [2] E. Fortunato, T.P. Barquinha, A. Pimentel, A. Goncalves, A. Marques, L. Pereira, R. Martins, Thin Solid Films , 487 , 2005 , 205 [3] Rointan F.Bunshah, Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings, ,Los Angeles, California