Zno İnce Film Kaplamaların Dc Magnetron Sıçratma Yöntemiyle Cam Taban Malzemeler Üzerine Biriktirilmesi

Abstract

ZnO kaplamalar özellikle optik, elektrik ve elektronik alanında çeşitli uygulamalarda kendilerine yer bulmuşlardır. Bu uygulama alanlarının başında yüzey akustik dalga kullanılan cihazlar, güneş pilleri, şeffaf iletken malzemeler ve gaz sensörleri gelmektedir. Kaplamaların üretilmesinde kimyasal püskürtme, kimyasal buhar biriktirme, lazer sıçratma, RF ve DC sıçratma gibi çeşitli tekniklerden faydalanılmaktadır. Bunların arasında sıçratma en çok kullanılan teknik olarak gözükmektedir. Bununla birlikte, sıçratma parametrelerinin film yapısı ve nihai elektrik özellikler açısından büyük önemi vardır. Bu çalışmada DC magnetron sıçratma tekniği kullanılarak öncelikle (002) yönlenmeli yüzeye dik ZnO filmlerin biriktirilme şartları incelenmiştir. Çeşitli oksijen kısmi basınçları ve değişik sıcaklıklarda biriktirilen filmler kıyaslanmış, bu parametrelerin film özelliklerine etkisi tartışılmıştır. Üretilen kaplamalarda metalik Zn hedef malzeme kullanılmış, oksijen ise ortama gaz halde verilmiştir. Kaplama parametrelerinden 100 W sıçratma gücü; 10 cm3/dk argon akışı, -50 V bias voltajı ve 5 dk kaplama süresi sabit tutulmuştur. Değişken parametreler olarak 100, 150 ve 250 °C taban malzeme sıcaklıkları ve 1,2 ve 4 cm3/dk oksijen akış hızları kullanılmıştır. X ışınları kırınımı analizleri ile faz yapısı, elektron mikroskobu görüntüleri ile mikroyapı ve dört nokta prob cihazı ile elektriksel özdirenç ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak istenilen ZnO yapısı oluşturulmuş ve üretim parametreleri üzerine temel niteliğinde belirlemeler yapılmıştır. Üretilen kaplama kalınlıkları 500 - 1000 nm arasında değişmektedir. Elektrik özdirenç değerlerinin, istenilen yapının elde edildiği filmlerde 106 Ωcm mertebesinde olduğu belirlenmiştir.

ZnO thin films are essentially applied in optics, electrics and electronics industry. Surface acoustical wave device, solar cell, conductive thin film and gas sensor applications are first to be mentioned. A wide variety of deposition techniques such as chemical spraying, chemical vapor deposition, laser scattering, RF sputtering and DC sputtering are employed. Among these, sputtering techniques are the most used ones in the literature. However, sputtering parameters have deep effects on the final structure and electrical properties of the produced films. In this work, an investigation of deposition parameters of (002) oriented ZnO films is performed. Films deposited at different oxygen partial pressures and different substrate temperatures are observed and the effect of these parameters on the film structure is investigated. Films are deposited using a metal Zn target and oxygen is introduced to the media in the gas form. Deposition parameters as 100 W sputtering power, 10 sccm argon flow rate, -50 V bias voltage and 5 min deposition time are kept constant while changing the substrate temperature as 100, 150, 250 °C and oxygen flow rate as 1, 2 and 4 sccm. Phase formation studies with x ray diffraction, microstructure studies with electron microscope and electrical resistivity studies with four point probe are conducted. Results proved the formation of well oriented, transparent thin films of ZnO and conclusions are deducted to be served as a basis. Coating thicknesses vary between 500 – 1000 nm. Four point probe studies show that the films are strongly resistive in nature, values are in the 106 Ωcm order.