Spray Pyrolysis Yöntemi ile Elde Edilen CdZnS Filmlerinin Yapısal
Özelliklerine Hazırlama Parametrelerinin Etkisi

CdZnS bileşik yarıiletken filmleri, yarıiletkenlerin ve yarıiletken aygıtların
üretiminde oldukça önemli bir yere sahiptir. Bu bileşikler katot ışın tüplerinde pencere materyali olarak, fotovoltaik cihazlarda [1, 2], fotoiletkenlerde [3], güneş pillerinde [4-6], ince film transistörlerinde, UV sensör uygulamalarında [7, 8] kullanılmaktadırlar. IIVI grup bileşikleri ile ikili bileşiklerden başka üçlü ve dörtlü bileşiklerle de çalışmalar yapılmaktadır.
Yarıiletken filmler farklı yöntemlerle elde edilmektedir. Ekonomik ve kolay bir
yöntem olan spray pyrolysis yöntemi ile ilk filmi elde etme çalışmaları 1940’lı yıllara dayanmaktadır. Mochel 1951 yılında hava yardımıyla SnCl2 çözeltisini püskürterek SnO2 filmlerini elde etmiştir. 1960’lı yıllarda Chamberlin ve Skarman spray pyrolysis yöntemiyle CdS filmini elde etmiştir [9]. Bazı yarıiletken filmlerin ışığa duyarlı olması, bunların güneş pili olarak üretilmesini gündeme getirmiş ve de Ma, Fahrenburch ve Bube tarafından spray pyrolysis yöntemi ile ilk güneş pilleri CdS/CdTe yapılmıştır.
1970 yılından itibaren ise bu yöntemle üçlü, dörtlü ve beşli yarıiletken filmler elde edilmeye başlanmıştır.
Spray pyrolysis yöntemi, kimyasal püskürtme, çözelti püskürtme ya da sıcak
püskürtme yöntemi olarak da adlandırılmaktadır. Spray pyrolysis yöntemi, elde edilecek filmler için hazırlanan sulu çözeltilerin karıştırılarak sıcak taban üzerine hava ya da azot gazı yardımı ile atomize edilerek püskürtülmesidir. Bu yöntemle elde edilen filmler polikristal yapıda oluşmaktadır. Bu yöntemin çok kullanılmasının nedeni basit ve ekonomik bir yöntem olmasından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle spray pyrolysis yöntemi ile film elde edilmesine ilgi artmaktadır.
Elde edilen filmlerin fiziksel özellikleri değişik parametrelere bağlıdır. Bunlar
taban sıcaklığı, püskürtme hızı ve zamanı, taban ile püskürtme başlığı arasındaki mesafe, püskürtme başlığı tarafından püskürtülen çözelti damlacıklarının aerodinamiği, taşıyıcı gaz ve püskürtme işleminden sonraki soğutma hızıdır.
Çözelti damlacıklarının film oluşturacak tabana yaklaştığı zaman tamamen
buharlaştırılmış olması ideal taşınma olarak tanımlanır. Bununla beraber damlacıkların oluşumunda uniform bir damlacık boyutu elde edilemeyebilir. Herhangi bir nedenle damlacığın tabana ulaşamaması onların kütlelerine bağlıdır. Damlacıkların boyutlarının farklı olmasından dolayı farklı depozisyon yöntemleri vardır (Şekil 1).

Bu süreçlerin hepsinde de polikristal film elde edilir, ancak en ideal film C
sürecinde oluşmaktadır. C sürecinde, çözelti damlacıklarının boyutları A ve B
sürecindekilere göre daha küçüktür. En uygun filmler bu süreçte elde edilir.
Damlacıklar tabana ulaşmadan önce tamamen buharlaşarak heterojen bir reaksiyon meydana getirir. Bu heterojen reaksiyon olayı, yüzeyde oluşan reaksiyon moleküllerinin tabana difüzyonu, yüzeyde bir veya birden çok molekülün absorbe ve desorbe olması, molekülün örgü içerisinde birleşmesi, tabana ulaşan bazı moleküllerin yüzeyden uzaklaşması gibi fiziksel ve kimyasal olayları içerir.
Spray pyrolysis yönteminde taban olarak silisyumlu camlar ve metaller
kullanılmaktadır. En yaygın olarak kullanılan metal tabanlar paslanmaz çelik, titanyum, tungsten, alüminyum gibi metallerdir. Ayrıca taban olarak payreks cam, seramik, plastik ve polimerler de kullanılmaktadır.
Spray pyrolysis yöntemi ile film etmenin diğer yöntemlere göre bazı
dezavantajları olmasına karşın; ekonomik ve kolay bir yöntem olmasının yanında elde edilecek filmlerin çözelti olarak hazırlanıp püskürtülmesinden dolayı, çözeltiye istenen miktarda katkı yaparak filmin fiziksel özelliklerini değiştirebilmek gibi avantajları da vardır.

devamı