AlGaN ince filminde sıcaklık değişiminin yüzey yapısına etkisinin nümerik incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında metal organik kimyasal buhar birikim tekniğiyle büyütülen AlGaN yarıiletken ince filminde sıcaklık değişiminin yüzey yapısına etkisi nümerik olarak incelendi. Atomik kuvvet mikroskobu kullanılarak elde edilen morfolojik görüntüler üzerinde nümerik çalışmalar gerçekleştirildi. Nümerik çalışmalar yani tavlama sıcaklığının tanecik boyutuna, fraktal boyutuna, karekök ortalama (RMS) pürüzlülük değerine, Hurst eksponansiyel değerine ve kaplama oranına etkisi incelendi. Ayrıca bu parametrelerin kendi aralarındaki etkileşimleri de incelendi. Tanecik boyutunun sıcaklıkla değişimi üstel büyüme fonksiyonuna uyan bir davranış gösterdi. 1000 ºC üzerindeki sıcaklıklarda tanecik boyutunda büyük bir artış olduğu bulundu. Fraktal boyut değerinin sıcaklığa 3. dereceden bir fonksiyonla bağlıdır. Düzenli ve birbirini tekrarlayan yapı yüksek sıcaklıklarda tamamıyla bozulduğu gözlendi. AlGaN yarıiletken yüzey pürüzlülüğü 1000 ºC'nin altındaki sıcaklık değerlerinde düşük ve 1000 ºC'nin üzerine çıkıldığında ise bu değerin yüksek olduğu bulundu. Uzunluk değeri, L, arttıkça RMS pürüzlülük değerinin artış gösterdiği bulundu. Sıcaklık arttıkça Hurst eksponansiyel değerinin, sıcaklığa 2. dereceden bir fonksiyona bağlı olarak arttığı bulundu. Sıcaklık artışı ile yüzeydeki noktaların görüntüyü kaplama oranında bir yükseliş olduğu gözlendi. Hurst eksponansiyel değerinin fraktal boyuta üstel bir fonksiyonla bağlı olduğu görüldü. Fraktal boyut değerinin Hurst eksponansiyel değerinin artmasıyla azaldığı bulundu. Hurst eksponansiyel değeri fazla artınca, fraktal boyut değerinde ani bir düşüş gözlendi. Tanecik boyutunun fraktal boyut ile değişimi eksponansiyel fonksiyona uymaktadır. Sonuç olarak, sıcaklık artışının, tanecik boyutu değerinde artışa neden olduğu ve buna karşılık fraktal boyut değerinde azalma oluşturduğu görüldü. Tanecik boyutunun RMS pürüzlülük değerine bağlı değişiminde orantılı bir artış görüldü. Sıcaklık artıkça tanecik yapısı büyüklüğünde artış olduğu bulundu. Tanecik boyutu arttıkça da RMS pürüzlülük değerinde artış olduğu bulundu.

In this thesis, the temperature influences on the surface structure of the grown AlGaN semiconductor thin film using metal organic chemical vapour deposition was investigated numerically. Numerical studies were carried out on the morphological images, which were obtained by atomic force microscopy. Numerical studies, in other words, an effect of the annealing temperature on the particle size, the fractal dimension, the root mean square (RMS), the roughness, the Hurst exponent value and the coverage were examined. It was also investigated any changes between them. The temperature dependence on the particle size was shown a similar behaviour with the exponential growth. It is also found that at above 1000 ºC, the particle size was increased sharply. The value of the fractal dimension is depended on the temperature as a function of the temperature in degrees three. It was also observed that the regular and repetitive structure was disrupted on the high temperature. It is found that AlGaN semiconductor surface roughness was low below 1000 ºC and was high above 1000 ºC. When the value of the length, L, was increased, the value of the RMS roughness was increased. It is found that when temperature was increased, the exponent Hurst value was increased as a function of temperature in degrees two. It is observed that the rate of the occupied fraction on the surface point was increased. It is also observed that the value of Hurst exponent was depended on the fractal dimension with an exponent function. It is found that when Hurst exponent value was increased, the fractal dimension value was decreased. Hurst exponent value is more increased, the value of fractal dimension was observed a sudden drop. An exchange with the fractal dimension and the particle size is in good agreement. In a result, increasing temperature value was caused in increasing the value of the particle size. It is observed that the changes with particle size and RMS roughness were in good agreement. Particle size was increased with increasing temperature. In a result, RMS roughness value was increased with increasing temperature.