Structural and optical characterization of cadmium zinc tellerium thin films used in cadmium zinc tellerium radiation detectors

Kadmiyum Çinko Tellür (CZT) ince filmlerin mikro yapısal ve morfolojiksel karakterizasyonu detaylı olarak incelendi. CZT ince filmler cam alt taşlar üzerine 200, 300 and 400 °C' de radyo frekans magnetron püskürtme yöntemiyle üretildi. Üretilen filmler 200, 300 ve 450 °C' de atmosferik basınçta N2 ve karışık N2H2 ortamında bir saat süre ile tavlandı. X-Işınları Kırınımı (XRD), Enerji Dağınımlı X-Işınları Spektroskopisi (EDS), Tarayıcı Electron Mikroskopisi (SEM), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), X-Işınları Foto Elektron Spektroskopisi (XPS) ve UV geçirim spektroskopisi ölçümleri yapıldı. Tavlanmayan filmlerde çoğunlukla amorf yapı gözlenirken, XRD ölçümleri tavlanmış CZT filmlerin kübik yönelimli (111), (220) ve (311) polikristal yapıya sahip olduğunu göstermektedir. Aynı zamanda büyütme ve tavlama sıcaklıklarının ince filmlerin yapısal kompozisyonu üzerindeki etkisi tartışılmıştır. EDS analizi kaynağın ve ince filmlerin kimyasal bileşimlerini araştırmak için kullanılmıştır. SEM yüzey morfolojisi için kullanılmıştır. Tavlama ve büyütme sıcaklığının CZT ince film yapısı ve morfolojisinin değişimi üzerinde belirgin bir etkisinin olduğu gözlenmiştir. AFM, çeşitli büyütme ve tavlama sıcaklıkları altında üretilen CZT ince filmlerin pürüzlüğünü incelemek için kullanılmıştır. XPS ölçümleri filmlerin kimyasal bileşimini anlamak amacıyla derinlik görüntü modunda yapılmıştır. Son olarak, transmisyon ölçümleri örneklerin bant aralıklarını belirlemek için yapılmıştır. En iyi CZT filmlerin büyütüldüğü en uygun şartlar belirlenmiştir.

The microstructural and morphological characterizations of Cadmium Zinc Tellur (CZT) thin films were studied in details. The CZT thin films were deposited on glass substrates at 200, 300 and 400 °C by radio frequency magnetron sputtering technique and annealed at 200, 300 and 450 °C for an hour under N2 and mixed N2H2 ambient at atmospheric pressure. X-ray Diffraction (XRD), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Scanning Electron Microscopy (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), and UV transmission spectroscopy measurements were performed. The XRD measurements emphasized that the annealed CZT films have a cubic-oriented (111), (220) and (311) polycrystalline structure, whereas as deposited films are mostly-amorphous. The effects of sputtering and annealing temperatures on the composition of the thin films were also discussed. EDS analysis was used to study the chemical composition of source and CZT thin films. SEM was used for surface morphology. It was concluded that post-annealing and deposition temperatures have explicitly effects on variation of the CZT thin film structure and morphology. AFM was used to study roughness of the CZT thin films which deposited under various sputtering and annealing temperatures. Then XPS measurements were performed in the depth profiling mode to comprehend the chemical composition of the films. Finally, transmission measurements were performed to find out band gaps of the samples. The optimum conditions were revealed for CZT deposition in accordance with their applications.