Bazı nadir toprak elementi katkılı ZnO filmlerinin eldeedilmesi, karakterizasyonu ve heteroeklem uygulamaları
Preparation, characterization and heterojunction applications of ZnO films doped with some rare earth elements
Yazar: GONCA İLGÜ BÜYÜK
Danışman: PROF. DR. SALİHA ILICAN
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, sol jel yöntemi kullanılarak spin kaplama tekniği ile Lantan (La), Evropiyum (Eu) ve Erbiyum (Er) katkılı ZnO filmleri elde edilmiştir. Filmlerin kristalliği ve yüzey morfolojisi sırasıyla, X-ışını kırınım (XRD) cihazı ve alan emisyon taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM) ile analiz edilmiştir. Filmlerin XRD desenlerinden, kristallenme boyutu, dislokasyon yoğunluğu, örgü parametreleri, kristal yapıdaki deformasyon ve gerilim gibi yapısal parametreler hesaplanmıştır. SEM görüntülerinden, film yüzeylerinin çatlaklar ve gözenekler olmadan homojen olarak kaplandığı gözlenmiştir. Elde edilen filmlerin SEM görüntüleri, ImageJ programı kullanılarak analiz edilmiştir. Yüzey haritaları çizilmiş ve tane boyutu, tane sınırları ve yüzey pürüzlülüğü belirlenmiştir. Filmlerin optik özellikleri, UV-vis spektrofotometresi ile ölçülen difüz yansıma spektrumları kullanılarak incelenmiştir. Optik bant aralığı değerleri, diferansiyel yansıma ve Kubelka-Munk teorisi kullanılarak belirlenmiştir. Yapısal, morfolojik, optik parametreler belirlendikten sonra, elde edilen tüm filmler kullanılarak, Au/p-Si/n-ZnO/Al, Au/p-Si/n-ZnO:La/Al, Au/p-Si/n-ZnO:Eu/Al ve Au/p-Si/n-ZnO:Er/Al heteroeklem yapıları üretilmiştir. Bu heteroeklemlerin -2V ile +2V aralığında akım-voltaj (𝐼−𝑉) ölçümleri alınmış, elektriksel karakterizasyonları araştırılmıştır. 𝐼−𝑉 ölçümlerinden, bu heteroeklemlerin doğrultucu özelliğe sahip oldukları belirlenmiştir. Heteroeklem diyotların idealite faktörü, engel yüksekliği ve seri direnç değerleri farklı metotlar kullanılarak hesaplanmıştır. Ayrıca, farklı aydınlatma şiddetlerinde (20-100mW/cm2) I-V ölçümleri yapılarak, fotodiyot özellikleri incelenmiştir.

Abstract:
In this thesis, Lanthanum (La), Europium (Eu) and Erbium (Er) doped ZnO films were prepared by sol gel method using spin coating technique. The crystallinity and surface morphologies of the prepared films were examined by X-ray diffraction (XRD) pattern and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), respectively. The structural parameters such as crystallite size, dislocation density, lattice parameters, strain and stress were calculated from XRD patterns of the films. From the SEM images, it was observed that the film surfaces were well-coated homogeneously without cracks and pores. SEM images of the prepared films were analyzed using the ImageJ program. Surface plots were drawn and grain size, grain boundaries and surface roughness were determined. The optical properties of the films were studied using the diffuse reflectance spectra measured by UV-vis spectrophotometer. The optical band gap values were determined using differential reflectance and Kubelka-Munk theory. After the structural, morphological and optical parameters were determined, the Au/p-Si/n-ZnO/Al, Au/p-Si/n-ZnO:La/Al, Au/p-Si/n-ZnO:Eu/Al and Au/p-Si/n-ZnO:Er/Al heterojunction structures were fabricated using these films. The electrical characterization of these heterojunctions were investigated by current-voltage (I-V) measurements between -2V and +2V. From the 𝐼-𝑉 results, it was determined that these heterojunctions have rectifying properties. The ideality factor, barrier height and series resistance of the diodes were calculated by using different methods. In addition, the I-V measurements were performed at different illuminations (20-100mW/cm2) and their photodiode properties were investigated.