(MgO)x(ZnO)1-x ince filmlerinin üretimi ve karakterizasyonu
Deposition and characterization of (MgO)x(ZnO)1-x thin films
Yazar: SİNAN TEMEL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. DERYA PEKER
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Sürekli gelişen optoelektronik teknolojisi alternatif saydam iletken oksit malzemelere ihtiyaç duymaktadır. Bu amaçla, yaptığımız çalışmada magnezyum oksit (MgO) ile katkılanan çinko oksit (ZnO) filmlerin katkılanma sonrası sahip olacağı karakteristikler incelenmiştir. ZnO filmler, saydam iletken oksit malzemelerin en önemlilerinden biri olup optoelektronik teknolojisinde sıklıkla kullanılır. ZnO tabanlı optoelektronik malzemelerin uygulama alanlarını genişletmenin önemli bir adımı yasak enerji aralığı mühendisliğinin gerçekleştirilmesidir. Bu amaçla ZnO, bir başka geniş yasak enerji aralığı değerine sahip olan MgO gibi bir bileşik ile yasak enerji aralığının genişletilmesi için alaşım oluşturabilir. ZnO, MgO ile katkılandığında oluşan MgZnO yapısının yasak enerji aralığı değeri, katkılanan MgO'nun konsantrasyonunun artması ile artırılabilir. Bu çalışmada, (MgO)x(ZnO)1-x filmler (x değeri 0'dan 1'e değişir) sol-gel döndürerek kaplama tekniği ile farklı MgO katkı konsantrasyonlarında cam taban üzerine üretilmiştir. Döndürerek kaplamanın her bir parametresini değiştirerek her seri için en iyi filmin oluşacağı şartlar belirlenmiştir. Oluşan filmlerin yapısal, yüzeysel, optiksel ve elektriksel özellikleri sırasıyla, X-Işını Kırınımı (XRD), Alan Emisyonu Taramalı Elektron Mikroskobu (FESEM), UV-Visible Spektroskopisi ve Dört Uç Metodu kullanılarak karakterize edilmiş ve bu özellikler üzerine katkılamanın etkileri incelenmiştir. Hangi filmin en iyi kristalleşmeyi gösterdiği XRD desenlerinden belirlenmiştir. MgZnO filmlerinin yüzey morfolojisinin MgO katkılaması ile değiştiği gözlemlenmiştir. Elde edilen filmlerin optik özellikleri incelenerek direkt bant geçişli malzemeler oldukları tespit edilmiştir. Optik metot yardımı ile yasak enerji aralıkları 3.33-4.34 eV aralığında bulunmuştur. (MgO)x(ZnO)1-x filmlerin yasak enerji aralığının x değerini 0'dan 1'e doğru yükselterek ayarlanabileceği gözlenmiştir. Dört uç metodu kullanılarak filmlerin elektriksel özdirenç değerleri belirlenmiş ve MgO katkısı ile bu değerlerin arttığı görülmüştür. Yapılan bu incelemeler sonucunda, elde edilen filmlerin yapısal, yüzeysel, optiksel ve elektriksel özelliklerinin, katkılama konsantrasyonuna bağlı olarak değiştiği belirlenmiştir.

Abstract:
Continuously developing optoelectronic technology needs alternative transparent conductive oxide (TCO) materials. For this purpose, the effects of magnesium oxide (MgO) doping on the characteristics of zinc oxide (ZnO) films have been investigated in this study. ZnO films are one of the most important members of TCO materials and they are widely used in optoelectronic technology. An important step to extend the applications of ZnO-based optoelectronic materials is the realization of band gap engineering. To this end, ZnO can be alloyed with another high optical band gap compound like MgO to increase its band gap. By doping ZnO with MgO, the band gap of MgZnO alloys can be increased by increasing the concentration of MgO. In this study, (MgO)x(ZnO)1-x films (x varies from 0 to 1) have been produced by sol-gel spin coating technique with different MgO concentrations on a glass substrate. By changing each parameters of spin coating technique, the conditions of the best film that produced were determined for each series. The structural, surface, optical and electrical properties of the films have been characterized using X-Ray Diffraction (XRD), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), UV-Visible Spectroscopy and Four-Probe Method respectively and the effects of doping on these properties have been investigated. Which film showed the best crystallization has been determined from the XRD patterns. It has been observed that the surface morphology of the MgZnO films was changed by MgO incorporation. Optical properties of the films have been examined and it has been determined that all films have direct band structure. Optical band gap values have been found to be between 3.33 and 4.34 eV by optical method. It was observed that the band gap of the (MgO)x(ZnO)1-x films can be adjusted by increasing the x values from 0 to 1. Four-probe method has been used to determine the electrical resistivity values of the films and it has been seen that these values increased by MgO doping. Finally, structural, surface, optical and electrical properties of the films have been determined to vary according to the dopant concentration.