Bor katkılı ZnO/Cam ince filmlerin optik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında döndürmeli kaplama (spin coating) tekniği ile cam alttaş üzerine büyütülen saf ve bor katkılı (%1, %2, %4 ve %5) ZnO ince filmlerin optik özellikleri incelenmiştir. Bu örneklerin optik özellikleri, 349 nm dalga boyunda çalışan ve 2.6-330 mW/cm2 aralığında uyarım şiddeti yoğunluğuna ayarlanabilen lazer ile, sıcaklığa ve uyarma şiddetine bağlı fotolüminesans (FL) yöntemi ile incelenmiştir. Farklı sıcaklıklarda (10-300 K) alınan fotolüminesans spektrumlarının bant kenarı emisyon bölgesinde gözlenen eksitonik geçişlerle birlikte derin seviye kusur merkezlerinden kaynaklı geçişlerin davranışları detaylı incelenerek karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Spektrumdan, 3.358 eV tepe enerjisinde sahip geçiş alıcı-bağlı eksitona (AX), 3.30-3.32 eV aralığında gözlenen geçişler verici-alıcı çifti (DAP) ve iletim bandı-alıcı (e,A) geçişlerine ait olduğu gözlenmiştir. Spektrumun görünür bölgesinde yaklaşık 2.39, 2.01 ve 1.72 eV tepe enerji konumlarında gözlenen geçişler ise sırasıyla, yeşil lüminesans, sarı lüminesans ve kırmızı lüminesans derin seviye kusur merkezlerine ait geçişler olduğu gözlenmiştir. FL tepe şiddetinin sıcaklık davranışı, iki termal aktivasyonlu ampirik denklemi uygulanarak örneklerin aktivasyon enerjileri ve tuzaklama hızları tespit edilmiştir. Uyarma şiddetine karşı lüminesans şiddetinin davranışı kullanılarak tüm örneklerde baskın olan geçişin DAP olduğunu görülmüştür.

In this thesis, the optical properties of pure and boron doped (%1, %2, %4 ve %5) ZnO thin films grown on glass substrate by spin coating technique were investigated. The optical properties of these samples were examined by the temperature and excitation intensity dependence of photoluminescence method that excitation densities between 2.6-330 mW/cm2 and working at wavelength of 349 nm laser. The behaviors of excitonic transitions together with the transitions originating from the deep-level defect centers observed in the band edge emission region of the photoluminescence spectra taken at different temperatures (10-300 K) were examined in detail and evaluated comparatively. From the spectrum, it has been observed that the transition acceptor bound exciton (AX) at 3.358 eV peak energy, the transitions observed in the range of 3.30-3.32 eV belong the donor-acceptor-pair (DAP) and conduction band-acceptor (e,A) transitions. The transitions observed in the visible region of the spectrum at approximately 2.39, 2.01 and 1.72 eV peak energy positions were observed to be green, yellow and red luminescence respectively. Activation energy and trapping rates of the samples were determined by applying two thermally activated empirical equation to the temperature behavior of the band edge emission peak intensity. Using the behavior of luminescence intensity versus excitation intensity, it was observed that the dominant transition was DAP in all samples.