İki-aşamalı büyütme tekniği ile hazırlanan CuInSe2 filmlerinin yapısal, optik ve Schottky diyot özellikleri

Abstract

Bu çalışmada, iki-aşamalı büyütme tekniği kullanılarak CuInSe2 ince filmler Mo kaplı cam ve cam altlıklar üzerinde büyütüldü. CuInSe2 ince filmlerinin yapısal, optik ve elektriksel özellikleri incelendi. X-ışını kırınım deseninden, CuInSe2 ince filminin kalkopirit yapıda olduğu ve (112) doğrultusunda tercihli yönelime sahip olduğu görüldü. Kalkopirit yapılı CuInSe2'nin örgü parametreleri a ve c, sırasıyla 0,577 ve 1,161 nm olarak bulundu. Ayrıca, geri kontak olarak kullanılan molibden metaline ait (110) doğrultulu pik tespit edildi. CuInSe2 filminin yüzey fotoğrafı ve atomik konsantrasyon oranları incelendiğinde, film yüzeyinin homojen olmadığı görüldü ve filmlerin Mo altlık üzerinde pürüzlü olarak büyümesi sonucu Cu-zengini çıkıntılı bölgelerin oluştuğu görüldü. Optik ölçümler sonucu, CuInSe2 filmine ait üç farklı yasak enerji aralığı değerleri sırasıyla 1,07, 1,17 ve 1,39 eV olarak belirlendi. Hall ölçümü ile CuInSe2 ince filminin taşıyıcı konsantrasyonu, 4,0× 1017 cm?3 olarak bulundu. Mo/p-CuInSe2/Al Schottky yapısının 100-300 K sıcaklık aralığında 25 K'lık adımlar ile ileri ve geri besleme akım-gerilim karakteristikleri ölçüldü ve bu karakteristikler kullanılarak CuInSe2 filmlerinin elektriksel özellikleri detaylı olarak araştırıldı. Termiyonik emisyon teorisi yardımı ile incelenen ileri besleme I-V karakteristiklerinden elde edilen sonuçlara göre, sıcaklığın artması ile sıfır besleme engel yüksekliğinin arttığı, idealite faktörünün ve seri direncin azaldığı görüldü. Engel yüksekliği homojensizlik düzeltmesi yapıldıktan sonra, Richardson sabiti ve ortalama engel yüksekliği sırasıyla 34,71 A/cm2K2 0,72 eV olarak bulundu. We investigated the structural, optical and electrical properties of CuInSe2 films produced by a two-step selenization process of the evaporated selenide and elemental layers on Mo coated glass substrates. The X-ray diffraction studies showed that the chalcopyrite CuInSe2 was obtained with a preferential orientation in the (112) plane with lattice parameters a and c as 0,577 and 1,161 nm, respectively. Mo back contact layer had a preferential orientation in the (110) plane. Scanning electron microscopy equipped with energy dispersive spectroscopy revealed an irregular and rough surface morphology with Cu-rich protruding regions. Optical studies showed the existence of three different band gaps, which were determined as 1,07, 1,17 and 1,39 eV, respectively. From the Hall Effect measurements, we determined the carrier concentration of CuInSe2 films as 4,0× 1017 cm?3. The electrical properties of the CuInSe2 films were further studied by fabricating Mo/p-CuInSe2/Al Schottky diode structures and obtaining their forward and reverse bias current-voltage characteristics in a wide temperature range of 100-300 K, in steps of 25 K. A thorough analysis of the forward bias current-voltage characteristics based on thermionic emission theory showed that the zero bias barrier height increases while series resistance and ideality factor decreases with an increase in temperature. After a barrier height inhomogeneity correction, the Richardson constant and mean barrier height were found to be 34,71 A/cm2K2 and 0,72 eV, respectively.