Sol-jel yöntemiyle elde edilen na katkılı ZnO ince filmlerin yapısal, elektriksel ve optik özelliklerinin incelenmesi
The investigation of structural, electrical and optical properties of na doped ZnO thin films deposited by sol-gel method
Yazar: DERYA ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. GÜVEN ÇANKAYA
Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elektriksel karakterizasyon = Electrical characterization ; Optik özellikler = Optical properties ; Sol-jel yöntemi = Sol-gel method ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films ; Çinko oksit = Zinc oxide

Özet:
Çinko oksit (ZnO) yasak band aralığı ~3,3 eV olan ve elektromanyetik spektrumun geniş bir aralığında yüksek geçirgenliğe sahip bir malzemedir. Uygun katkı malzemeleri kullanarak optik, yapısal ve elektriksel özelliklerini iyileştirmek mümkündür. Çinko oksit ucuzluğu, sağlığa zararlı olmaması ve diğer şeffaf iletken malzemelere alternatif olma potansiyelinden dolayı son yıllarda yaygın olarak çalışılmaktadır. Katkılı ve katkısız ZnO filmler farklı metotlarla hazırlanmaktadır. Bunların arasında sol-jel metodu geniş yüzeylere ucuz bir maliyetle kolay uygulanabilirliği ve film kompozisyonunun kontrolünün kolaylığı sebebiyle tercih edilmektedir. Çalışmamızda ince film üretim tekniklerinden biri olan sol-gel döndürerek kaplama(spin coating) tekniği kullanılarak katkısız ve %1, %3, %5, %7 ve %10 Na katkılı ZnO ince filmler elde edilmiştir. Katkısız ve Na katkılı ZnO çözeltileri hazırlanmış ve bu çözeltiler daha sonra önceden temizlenen alttaşlar üzerine tüm yüzeye yayılacak şekilde damlatılıp kaplama işlemine başlanmıştır. Çözeltiler hazırlanırken ZnO kaynağı olarak çinko asetat dihidrat (Zn(CH3COO)2.2H2O) tuzu, Na kaynağı olarak da NaCl tuzu kullanılmıştır. Her bir film için 100°C, 200°C, 300°C, 400°C ve 500°C gibi farklı ara tavlama sıcaklıkları uygulanmıştır. Elde edilen çinko oksit ince filmlerin optik, yapısal ve elektriksel özelliklerinin sol ve katkı konsantrasyonu ve tavlama sıcaklığına bağlı değişimi incelenmiştir. Bu çalışmada, farklı sol konsantrasyonları ve tavlama sıcaklıkları için taşıyıcıdan gelen sodyum difüzyonunun etkisi de analiz edilmiştir. Optik parametreler bir UV-VIS spektrometresi yardımıyla elde edilmiştir. Filmlerin yüzey morfolojisi AFM cihazı ile kristal yapısı da XRD cihazı ile analiz edilmiştir. Elektriksel özdirenç değerleri dört-nokta prob tekniği ile belirlenmiştir.

Abstract:
Zinc oxide (ZnO) is a semiconducting material with ~3,3 eV band gap and has high transparency in a wide range of electromagnetic spectrum. It is possible to enhance the optical, structural and electrical properties by using appropriate doping materials. Zinc oxide has been studied widely since its inexpensiveness, non-toxicity and being a potentially alternative to other transparent conducting materials. Doped and undoped ZnO films are prepared by various methods. Among them, sol-gel method is preferred since its advantages of easy control of the film composition and easy fabrication of large-area films with low cost. In this study, %1, %3, %5, %7 ve %10 Na doped and undoped ZnO films were prepared by sol-gel spin coating, preferred one of the various thin film production techniques. Spin coating procedure started by applying solution drops over the flat substrates that are cleaned as chemical before the coating. Zinc acetate dihydrate, (Zn(CH3COO)2.2H2O) as precursor and NaCl as Na source were used to prepare solution. For every films, different annealing temperatures as 100 ? C, 200°C, 300°C, 400°C ve 500°C were applied. The effect of sol and dopant concentration and annealing temperature on the optical, structural and electrical properties of zinc oxide thin films were investigated. In this study, the effect of sodium diffusion from the substrate was analyzed for different annealing temperatures. Optical parameters of the films were obtained from an UV-VIS spectrophotometer. The surface morphology and structural characterizations of the films were analyzed by Atomic Force Microscopy (AFM) and X-ray Diffraction(XRD) devices, respectively. Electrical resistivities were determined by four-point probe technique