Katkılı metal oksit ince filmlerin üretimi ve bazı fiziksel özelliklerinin incelenmesi
Fabrication of doped metal oxide thin films and investigation of their some physical properties
Yazar: MEHMET FATİH GÖZÜKIZIL
Danışman: PROF. DR. NURGÜL ÖZBAY ; DR. ÖĞR. ÜYESİ SİNAN TEMEL
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Enerji = Energy ; Enerji band hesabı = Energy band calculation ; Yarı iletken filmler = Semiconductor films ; Yarı iletken kristaller = Semiconductor crystals ; Çinko oksit = Zinc oxide

Özet:
Günümüz teknoloji dünyasının sürekli gelişmesi daha çok katma değerli ürünler işlenebilmesine olanak sunmaktadır. Bu da alternatif ve ekonomik yarıiletken malzemelere olan ihtiyacı artırmaktadır. Yarıiletken teknolojisinin maliyetinin düşürülmesi ve kolay ulaşabilir olması ince filmlerle mümkün olmaktadır. Bu çalışma kapsamında ZnO ince filmler kompleks ve pahalı teknoloji ile yapılan üretim tekniklerine alternatif olarak geliştirilen ve literatürde ilk defa kullanılacak "Sol-Gel Manyetik Döndürerek Kaplama yöntemi" ile elde edilmiştir. Geliştirilen bu teknikte döndürme işlemi, diğer pahalı tekniklerden farklı şekilde manyetik olarak gerçekleştirilmektedir. Özgün yüzeysel özellikleri bulunan çeşitli metallerle katkılanarak elektriksel yapıları değiştirilebilen ZnO ince filmler birçok güncel teknolojik alanlarda kullanılmaktadır. Al ve Cd katkılama işlemi % 1, % 3 ve % 5 oranlarında artırılarak yapılmıştır. Katkılı ve katkısız ZnO ince filmlerin bazı fiziksel özellikleri, X-Işını Kırınımı (XRD) Cihazı, Alan Emisyonu Taramalı Elektron Mikroskobu (FESEM) ve UV-Vis. Spektrofotometresi kullanılarak incelenmiştir. Yapılan XRD analizlerinde elde edilen tüm ince filmlerin polikristal yapıda olduğu ve hekzagonal ZnO yapısı ile birebir örtüştüğü görülmüştür. FESEM görüntüleri incelendiğinde ise, filmin tüm yüzeyine hemen hemen homojen dağılmış nanoboyutta taneciklerden meydana geldiği görülmüştür. UV-Vis. Spektroskopisi ölçümleri ile elde edilen yasak enerji aralığı değerleri yaklaşık 3.3 eV olarak hesaplanmıştır.  Katkılı ZnO ince filmlerin özellikleri incelendiğinde,  kaplamanın yüzeye homojen olarak dağıldığı,  katkılama miktarı artıkça tane boyutu değerlerinin arttığı ve yüzeyde boşlukların yok olduğu dolayısıyla birbirlerine daha iyi tutunan nanoboyuttaki taneciklerden oluştuğu görülmüştür. Ayrıca katkılı ince filmlerde yasak enerji aralığı değerlerinin katkılama miktarı arttıkça azaldığı gözlemlenmiştir. Literatürde ilk defa kullanılan bu ince film üretim tekniği ile katkılı ve katkısız ince filmler daha basit ve ekonomik bir şekilde rahatlıkla üretilebilmiştir.

Abstract:
The continuous development of today's technology allows more value-added products to be processed. This increases the need for alternative and economical semiconductor materials. Reducing the cost of semiconductor technology and making it easily accessible is possible with thin films. In this study, ZnO thin films were obtained by "Sol-Gel Magnetic Rotating Coating method which was used for the first time in the literature and developed as an alternative to production techniques made with complex and expensive technology. In this developed technique, the spinning process is performed magnetically, unlike other expensive techniques. ZnO thin films are used in many current technological fields and their electrical structure can be changed by adding various metals with specific surface properties. Doping of Al and Cd was done by increasing at the ratio of 1%, 3% and 5%. Some physical properties of doped and undoped ZnO thin films were examined using X-Ray Diffraction (XRD), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) and UV-Vis. Spectrophotometer. XRD analysis showed that all thin films were polycrystalline and overlapped with hexagonal ZnO structure. When FESEM images were examined, it was seen that the film consisted of particles of nanoscale which were almost homogeneously distributed over the entire surface of the film. The band gap values obtained by UV-Vis. Spectroscopy measurements were calculated as approximately 3.3 eV. When the properties of doped ZnO thin films were examined, it was seen that the coating was distributed homogeneously on the surface, the particle size values increased as the doping amount increased and the cavities on the surface disappeared and thus formed of nanoscale particles which were held better to each other. In addition, it was observed that band gap values decreased with increasing amount of doped films. With this thin film production technique, which was used for the first time in the literature, thin films, with and without additives, could be produced more easily and economically.