Kobalt katkılandırılmış ZnO yarıiletken malzemelerin üretimi ve elektriksel özelliklerinin araştırılması
Production of cobalt doped ZnO semiconductor materials and the investigation of their electrical properties
Yazar: ÖMER ÇELİK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MEHMET KAPLAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Yarı iletkenlik özelliğe sahip çinko oksit (ZnO) bileşiği; önemli teknolojik bir malzemedir. Kafes yapısında bir simetri ekseni (wurtzite) olmadığından, güçlü piezo ve piroelektrik özellikler gösterir. Bu özellikleri nedeniyle çinko oksit; geniş çaplı olarak elektromekanik bağlantılarda, mekanik işletici düzenlerde ve piezoelektrik etkili sensörlerde kullanılaır. Ayrıca çinko oksitin 3.37 eV'luk geniş bir bant aralığına sahip olası, onun uygun kısa dalga boylu optoeletronik uygulamalarda da kullanılmasını sağlamıştır.Bu çalışmada, çinko okside (ZnO)'e düşük oranlarda kobalt (Co) katılarak dört çeşit yeni yarı iletken malzeme üretilmiştir. Çinko oksite düşük orandaki Co katkıları, fiziksel olarak ve sinterleme yoluyla yapılmıştır. Elde edilen malzemeler; 900, 1100 ve 1300 ºC sıcaklıklarda ayrı ayrı üçer saat süreyle normal çevre koşulları altında sinterleme işlemine tabi tutulmuştur. Katkı sonrasında; kobaltın ve sinterleme sıcaklıklarının çinko oksidin mikroyapı ve iletkenlik özelliklerini nasıl etkilediğini belirlemek amacıyla; taramalı elektron mikroskobu (SEM), x-ışınları kırınımı (XRD) ve iletkenlik ölçüm çalışmaları yapılmıştır.Elde edilen sonuçlardan; artan kobalt katkısının ZnO'in mikroyapısısnda önemli bir değişikliğe neden olmadığı ve sinterleme sıcaklığının kristal kafes yapısında az oranda değişikliklere yol açtığı görülmüştür. Yapılan deneylerde; artan kobalt içeriği ve sinterleme sıcaklıklarına bağlı olarak, çinko oksidin iletkenlik özelliklerinde önemli değişikliklerin meydana geldiği ve artma gösterdiği yapılan deneyler sonucunda tespit edilmiştir.

Abstract:
The zinc oxide (ZnO) is a key technological material which have a good semiconductor characteristics. The lack of a centre of symmetry in wurtzite, combined with large electromechanical coupling, results in strong piezoelectric and pyroelectric properties and the consequent use of ZnO in mechanical actuators and piezoelectric sensors. On the other hand, ZnO is a wide band-gap (3.37 eV) compound of the semiconductor, so that it is suitable for short wavelength optoelectronic applications.In this study, Co element in low rate is added to ZnO and then four different types of new semiconductor material were produced. The adding of low rate cobalt to ZnO was realized through physical and sintering methods. The samples were sintered at 900, 1100 ve 1300 oC and the sintering time under atmospheric air was chosen as three hours. To determine of the microstructures and conductivities of sintered materials, they have been used the measurement methods such as Scanning Electron Microscope (SEM), x-Ray Diffraction Analysis (XRD) and modern electrical conductivity measurement techniques. It has been shown that the increasing of cobalt amount in ZnO and also the increasing of the sintering temperature cause the raising of the electrical conductivity of samples, whereby the crystallographic structure of ZnO didn?t changed.