The Effect of Time-varying Substrate Temperature on Structural Properties of CdS Thin Films Produced by Ultrasonic Spray Pyrolysis

Abstract

In this study, cadmium sulfide (CdS) n-type semiconductor material was produced on glass substrates by ultrasonic spray pyrolysis system (USP). During the deposition process of the films, production was realized by gradually increasing the substrate temperature between 100 - 350 °C. After production, a group of samples from CdS thin films were annealed in atmosphere ambiance at 380 °C. To define the crystal structure, surface morphology, elemental composition, and electro-optical properties of as deposited and annealed CdS films; grazing incidence X-Ray diffraction (GIXRD), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), energy dispersive spectrometer (EDS), and Uv-Vis spectrometer systems were used, respectively. It was seen that the results obtained from the characterization systems supported each other and these results were consistent with the literature. In addition, it was seen that pyrolysis method is a method preventing oxidation of the other layers by CdS which is produced as tampon layer in the semiconductor devices during this process resulting from high temperature.

Keywords

• Ultrasonic spray pyrolysis,CdS,substrate temperature,annealing

Zamanla Değişen Alttaş Sıcaklığının Ultrasonik Sprey Piroliz Yöntemiyle Üretilen CdS İnce Filmlerin Yapısal Özellikleri Üzerine Etkisi

Abstract

Yapılan çalışmada, kadmiyum sülfür (CdS) n-tipi yarı iletken malzemesi ultrasonik sprey piroliz (USP) sistemi ile cam alttaşlar üzerine üretilmiştir. Filmlerin kaplama işlemi sırasında alttaş sıcaklığı 100 – 350 °C arasında kademeli olarak arttırılarak üretim gerçekleştirilmiştir. Üretim sonrasında, CdS ince filmlerden bir grup numune atmosferde 380 °C sıcaklıkta tavlanmıştır. Üretilen ve tavlanan CdS ince filmlerin; kristal yapılar geliş açısına bağlı olarak Grazing Incidence X-Ray Diffraction X ışını kırınımı (GIXRD) yöntemi, yüzey yapıları ve morfolojileri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) sistemleri, yapıda bulunan elementlerin oranları enerji dağılımlı spektrometre (EDS) sistemi ve optik özellikleri ultra-viyole görünür bölge spektrometresi (Uv-Vis) ölçümleri ile belirlenmiştir. Bu ölçüm sonuçlarına göre; CdS ince filmlerin zamanla değişen alttaş sıcaklığında üretilebileceği, film yüzeylerinin oldukça homojen şekilde oluştuğu, her bir ölçüm yöntemi ile elde edilen sonuçların birbirini desteklediği ve bu sonuçların literatürle de uyumlu oldukları görülmüştür. Yarıiletken aygıtlarda tampon katmanı olarak kullanılan CdS üretilirken piroliz işlemi sırasında uygulanan yüksek sıcaklıktan kaynaklanan diğer katmanların oksitlenmesini önleyecek bir üretim stratejisi olduğu da görülmüştür.

Keywords

• Ultrasonik sprey piroliz,CdS,alttaş sıcaklığı,tavlama

Thanks

Deney süreçlerindeki katkılarından dolayı Dr. E. Eren, A. B. Bayram ve S. Akyürekli’ye teşekkür ederiz.

References

1. Bilgin V, Kose S, Atay F, Akyuz I, 2005. The Effect of Substrate Temperature on The Structural and Some Physical Properties of Ultrasonically Sprayed CdS Films. Materials Chemistry and Physics, 94(1): 103–108.
2. Choi J Y, Kim KJ, Yoo JB, Kim D, 1998. Properties of Cadmium Sulfide Thin Films Deposited by Chemical Bath Deposition With Ultrasonication. Solar Energy, 64(1–3): 41–47.
3. Hop BX, Trinh HV, Dat KQ, Bao PQ, 2008. Growth of CdS Thin Films by Chemical Bath Deposition Technique. VNU Journal of Science, Mathematics -Physics, 24(3):119–123.
4. Kang SH, Kim Y, Choi D, Sung Y, 2006. Characterization of Electrodeposited CuInSe2 (CIS) Film. Electrochimica Acta, 51(21): 4433–4438.
5. Ma YY, Bube RH, 1977. Properties of CdS Films Prepared by Spray Pyrolysis. Journal of The Electrochemical Society:Solid-State Science and Technology, 124(9): 1430-1435.
6. El Maliki H, Bernede JC, Marsillac S, Pinel J, Castel X, Pouzet J, 2002. Study of The Influence of Annealing on The Properties of CBD-CdS thin films. Applied Surface Science, 205(1–4): 65–79.
7. Moualkia H, Hariech S, Aida MS, Attaf N, Laifa EL, 2009. Growth and Physical Properties of CdS Thin Films Prepared by Chemical Bath Deposition. Journal of Physics D: Applied Physics, 42(13): 1-7.
8. Naciri, R., Bihri, H. Mzerd A, Rahioui A, Abd-Lefdil M, Messaoudi C, 2007. The Role of The CdS Buffer Layer in the CuInS2 Thin Film Solar Cell. Revue des Energies Renouvables CER’07, 19(35): 165–168.

9. Patida, D, Rathore, KS, Saxena, NS, Sharma, K, Sharma, TP, 2008. Energy Band Gap Studies of CdS Nanomaterials. Journal of Nano Research, 3:97-102.
10. Reddy M, M Parasad NV, 2013. Properties of CdS Chemically Deposited Thin Films on the Effect of Ammonia Concentration. IOSR Journal of Applied Physics, 4(4): 01–07.
11. Tauc, J., Grigorovici, R., & Vancu, A., 1966. Optical Properties And Electronic Structure Of Amorphous Germanium. Physica Status Solidi (b), 15(2), 627-637.
12. Xavier RJ, Prema AA, Sahayaraj PA, Pragathiswaran C, Dharmalingam V, 2016. The Properties of Chemical Bath Deposited Cadmium Sulfide Thin Films with The Effect of Ammonia Salt Concentration. Pelagia Research Library Advances in Applied Science Research, 7(2): 178–182.
13. Zhong H, Li Y, Ye M, Zhu Z, Zhou Y, Yang C, Li Y, 2007 .A Facile Route to Synthesize Chalcopyrite CuInSe2 Nanocrystals in Non-coordinating Solvent. Nanotechnology, 18(2): 2–8.