Hidrotermal yöntemle çeşitli metaller katkılanmış zno ince filmlerin doğrusal ve doğrusal olmayan optik özellikleri
Linear and nonlinear optical characteristics of zno thin films with various metal doped by the hydrotermal method
Yazar: YASEMİN PEPE
Danışman: PROF. DR. AYHAN ELMALI
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan optik = Nonlinear optics ; Hidrotermal sentez = Hydothermal synthesis ; Metal oksitler = Metal oxides

Özet:
Bu tez çalışmasının ilk kısmında hidrotermal yöntem kullanılarak sentezlenmiş Al katkılı ZnO ince filmleri, Cr ve Sb katkılı ZnO nanokompozit filmlerinin doğrusal ve doğrusal olmayan optik özellikleri incelenmiştir. Tez çalışmasının ikinci kısmında nano boyuttaki metal oksitlerin birçok alanda kullanılabilir olmalarından dolayı Cr ve Sb katkılı SnO2 ve CdO nanokompozit filmlerinin de doğrusal ve doğrusal olmayan optik özellikleri incelenmiştir.Katkılama ve tavlama ile üretilen filmlerin yapısal, doğrusal ve doğrusal olmayan optik özelliklerindeki değişimler incelenmiştir. Sentezlenen metal oksitlerin çoklu kristal yapıda olduğuXRD ölçümleri ile belirlenmiştir. Katkılama metalinin ve katkılama oranının kristal yapılardaki etkilerinin herbir metal oksitde farklı olduğu görülmüştür. Tavlama işleminin kusurları azaltmasından dolayı sentezlenen tüm metal oksitlerin kristalliği artmıştır. Doğrusal geçirgenliklerin mor ötesi bölgede küçük iken tavlama ile arttığı gözlenmiştir. Yasak enerji band aralıkları katkılama metali ve katkılama oranıyla değiştiği görülmüştür. Tavlama işlemi sonrası yasak enerji band aralıklarının parçacık boyutlarının artmasından dolayı azaldığı görülmüştür. Doğrusal olmayan soğurma özelliklerini belirlemek amacıyla 532 nm dalgaboylu 4 ns atma süreli lazer kaynağı kullanılarak açık yarık Z-tarama deneyleri yapılmıştır. Üretilen tüm filmler değerlik bandı ile iletkenlik bandı arasındaki çok sayıda kusur seviyesi olmasından dolayı doğrusal olmayan soğurma davranışı göstermiştir. Elde edilen doğrusal olmayan soğurma katsayısı ve eşik doyum şiddet değerlerinin tüm nanokompozit filmlerde yakın değerlerde olduğu görülmüştür. Al katkılı ZnO ince filmlerin doğrusal olmayan soğurma katsayısı değerlerinin nanokompozit filmlerden daha küçük olduğu görülmüştür. Film kalınlığı arttıkça artan kusur seviyelerin sayısına bağlı olarak nanokompozit filmlerin doğrusal olmayan soğurma katsayısı değerleri AZO ince filmlerin doğrusal olmayan soğurma katsayısı değerlerinden büyük çıkmıştır.

Abstract:
In the first part of this thesis, the linear and nonlinear optical properties of Al doped ZnO thin films, Cr and Sb doped ZnO nanocomposite films, which were synthesized using hydrothermal method, were investigated. In the second part of the thesis, linear and nonlinear optical properties of Cr and Sb doped SnO2 and CdO nanocomposite films are also investigated, since nano sized metal oxides can be used in many areas. The variation of the linear and nonlinear optical properties of deposited films with doping and annealing process was investigated. It has been determined by XRD measurements that the synthesized metal oxides are in polycrystalline structure. The effects of doping metal and doping ratio on the crystal structures were found to be different for each metal oxide. The crystallinity of metal oxides increased due to the reduction of the defect states with annealing process. It is observed that the metal oxide films have strong absorption in the ultraviole region. On the other hand, they have strong transmission in the ultraviole region after annealing process. The energy band gap values changed with doping metal, doping ratio and annealing. After annealing process, the band gap energies of the metal oxide films decreased due to the increasing of the grain size in the films. In order to determine the nonlinear absorption characteristics of the metal oxide films, open aperture Z-scan experiments were carried out using a laser source with 532 nm wavelength and 4 ns pulse duration. All deposited films showed nonlinear absorption behavior due to the large number of defect states between valence and conduction band. The obtained nonlinear absorption coefficient and saturation intensity threshold values were found to be close to all nanocomposite films. The nonlinear absorption coefficient values of AZO thin films were found to be smaller than that of nanocomposite films. The nonlinear absorption coefficient values of nanocomposite films were higher than the nonlinear absorption coefficient values of AZO thin films due to the increasing number of defect states as the film thickness increased.