ZTO (Zn2SnO4) esaslı tozların hidrotermal yöntemle sentezlenmesi ve bu tozlardan ince film üretiminde kullanılabilecek hedef malzemesi üretilmesi
Synthesis of ZTO (Zn2SnO4) based ceramic powders via hydrothermal method and manufacturing of sputtering target to be used in thin film production
Yazar: CEM AÇIKSARI
Danışman: PROF. DR. ENDER SUVACI ; PROF. DR. EMEL ÖZEL
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Hidrotermal sentez = Hydothermal synthesis ; Seramik malzemeleri = Ceramic materials ; Sinterleme = Sintering ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Dünyada artan nüfus ile gelişen teknolojiler arası rekabet artmakta ve dolayısıyla ileri teknoloji malzemelerin ön planda olduğu teknolojilerden beklenen performanslar da artmaktadır. İleri teknoloji malzeme gruplarından birisi olan metal oksit esaslı malzemeler, günümüzde, sağladıkları üstün malzeme özellikleri sayesinde optoelektronik sistemler, ekran teknolojileri, gaz sensörleri ve bilgi depolama sistemleri başta olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, ekran teknolojilerinde kullanılmak üzere indiyum içermeyen ZTO esaslı ince film malzemelerin geliştirilmesine yönelik, film üretiminde kullanılacak seramik hedef malzemelerin, toz sentezinden başlayarak kullanıma hazır nihai ürün haline getirilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, nano boyutlu (~60 nm), yüksek yapısal (tek faz) ve kimyasal saflıkta (>%99.95 küt.), Zn2SnO4 seramik tozları, hidrotermal yöntem ile başarıyla sentezlenmiştir. Sentezlenen nano boyutlu Zn2SnO4 tozlarından başlanarak yüksek yoğunluk (~%95 relatif yoğunluk), ince tane boyutu (~0.8 µm) ve dar tane boyut dağılımına sahip ZTO hedef malzemesi konvansiyonel sinterleme yöntemiyle, T=1075 ºC'de t=2 saatte sinterlenerek üretilmiştir. Ek olarak, tez kapsamında geliştirilen ZTO hedef malzemesi, ticari ve katı hal sentezi yöntemiyle üretilen ZTO hedef malzemeleri ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, hidrotermal yöntemle üretilen seramik tozlardan başlanarak sinterlenen hedef malzemelerin, göstermiş olduğu üstün fiziksel, kimyasal ve mikroyapısal özellikleri sayesinde sıçratma prosesiyle ince film üretiminde proses verimliliği ve ince film kalitesi açısından büyük bir potansiyele sahip olduğunu göstermiştir. Bu çalışmada ayrıca, Al2O3 katkılı Zn2SnO4 sentezi hidrotermal koşullar altında gerçekleştirilmiş, molce %8.0 Al2O3 katkısının ilave faz oluşturmadan Zn2SnO4 yapısını modifiye ettiği gösterilmiştir.

Abstract:
The competition between developing technologies is tremendously increasing with the rise in the population of the world. This demand increases the expected performance from technologies in which advanced materials remain at the forefront. Today, metal oxides find themselves in the market for many application areas such as optoelectronic systems, display technologies, gas sensors, and information storage systems, thanks to their superior properties. In this thesis, it is aimed to develop indium free ZTO based thin film for use in display technologies as a TFT active layer, starting from powder synthesis to ready to use ceramic sputtering target. In this context, Zn2SnO4 ceramic powders with nano-sized (~60 nm), high structural and chemical purity (>99.95% by wt.) have been successfully synthesized by hydrothermal method. Starting from synthesized powders, ZTO sputtering target with higher density (~95% relative density), fine grain size (~0.8 µm) and narrow grain size distribution was produced by conventional sintering method at T=1075 ºC for 2 hours. In addition, ZTO sputtering target was compared with ZTO target materials produced by solid state synthesis and commercially available ZTO target. According to the obtained results, it has been shown that the sputter target prepared in this thesis have a great potential for use in production of thin films thanks to its superior material properties. Moreover, in this thesis, Al2O3 doped Zn2SnO4 synthesis was carried out under hydrothermal conditions, and it was shown that Zn2SnO4 cubic structure was modified by the addition of Al2O3 up to 8.0% by mole without forming any additional solid solution.