Ultrasonik kimyasal püskürtme tekniği ile üretilen kobalt oksit filmlerinin fiziksel özellikleri
Physical properties of cobalt oxide films produced by ultrasonic spray pyrolysis technique
Yazar: BANU ERDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. İDRİS AKYÜZ
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Atomik kuvvet mikroskobu = Atomic force microscope ; Elektriksel özellikler = Electrical properties ; Elipsometri = Ellipsometry ; Kobalt = Cobalt ; Optik özellikler = Optical properties ; Sprey piroliz = Spray pyrolysis ; X ışını kırınımı = X ray diffraction

Özet:
Son yıllarda, geçiş metal oksit malzemeler teknolojik ve bilimsel alanlardaki potansiyel uygulamalarından dolayı büyük ilgi görmektedir. Özellikle Co3O4, enerji ve çevre ile ilgili uygulamalardaki popülerliği ile dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, Co3O4 ince filmleri ultrasonik kimyasal püskürtme tekniği ile 300 ? 5 ? C taban sıcaklığında mikroskop cam tabanlar üzerine üretilmiş ve püskürtme süresinin (20, 30, 40 ve 50 dk) Co3O4 ince filmlerinin fiziksel özellikleri üzerine etkisi araştırılmıştır. Co3O4 filmlerinin elemental analizleri yapılarak filmlerin oksijen fazlalığı içerdiği belirlenmiştir. X-ışını kırınım desenleri incelendiğinde tüm filmlerin polikristal yapıda oluştuğu ve püskürtme süresi 40 ile 50 dk olan filmlerin yapısal özelliklerinin iyileştiği görülmüştür. Co3O4 filmlerinin kalınlıkları ve optik sabitleri spektroskopik elipsometri tekniği ile belirlenmiştir. Ayrıca, püskürtme süresi yüksek tutulduğunda filmlerin kırılma indislerinde bir azalma olduğu saptanmıştır. Elde edilen filmlerin absorbans spektrumları incelenmiş ve optik metot ile yasak enerji aralığı değerleri hesaplanmıştır. Co3O4 ince filmlerinin yasak enerji aralığı değerlerinin 2.01-2.04 eV arasında olduğu ve tüm numunelerde 1.43-1.46 eV aralığında değişen enerjilere karşılık gelen bir alt bandın varlığı belirlenmiştir. Atomik kuvvet mikroskobu ile filmlerin yüzey özellikleri incelenmiştir. Sıcak uç ve dört uç teknikleri kullanılarak filmlerin p-tipi elektriksel iletkenlik sergilediği ve özdirenç değerlerinin 1.04-10.34 ohm.cm aralığında olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak; özellikle 40 ve 50 dk olan püskürtme sürelerinin Co3O4 filmlerinin fiziksel özelliklerini iyileştirdiği görülmüştür.

Abstract:
Recently, transition metal oxide materials have attracted great attention because of their potential applications in technology and science. Especially, Co3O4 is attracting attention with its popularity in applications related to energy and environment. In this work, Co3O4 thin films have been produced on microscope glass substrates by ultrasonic spray pyrolysis at the substrate temperature of 300±5 °C and the effect of spraying time (20, 30, 40 and 50 mins.) on some physical properties of these films has been investigated. It has been determined that all samples contain excess of oxygen by performing elemental analysis. X-ray diffraction patterns have shown that all of the samples are polycrystalline and the samples obtained with 40 and 50 mins of spraying time posses improved structural properties. Thicknesses and optical constants of the films have been determined by Spectroscopic Ellipsometry. Also, it has been appointed that samples have low refractive index when obtained with long spraying times. Absorbance spectra of the films have been taken and forbidden energy gap values have been calculated using optical method. It has been determined that Co3O4 films have band gap values between 2.01-2.04 eV and there is a subband which corresponds to the energies between 1.43-1.46 eV. Surface properties of the films have been investigated by Atomic Force Microscopy. It has been found that films have p-type electrical conductivity and electrical resistivity values are between 1.04-10.34 ohm.cm using hot probe and four probe techniques. Finally, Co3O4 films with improved characteristics have been obtained for spraying times of 40 and 50 mins.