Ultrasonik kimyasal püskürtme tekniği ile üretilen nadir toprak element katkılı CeO2 ince filminin karakterizasyonu
Characterization of rare earth element doped CeO2 thin film produced by ultrasonic chemical spray pyrolysis technique
Yazar: AYSU ÇELİKKAYA
Danışman: DOÇ. DR. SEMA KURTARAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Genel Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, katkısız ve %4-8-10 La katkılı CeO_2  ince filmler 300±5 oC taban sıcaklığında sprey piroliz ( kimyasal püskürtme) yöntemi kullanılarak elde edilmiştir.

Elde edilen filmler XRD, SEM, AFM, Raman spektroskopisi, UV-Vis ve fotolüminesans spektrometresi FE-SEM kullanılarak incelenmiştir. Elde edilen filmlerin, kübik kristal yapıya sahip olduğu ve görünür bölgede (300-900 nm) %20-70 geçirgenliğe sahip olduğu gözlemlenmiştir. CeO_2'nin optik bant aralığı değeri 3,2 eV olup artan La katkısı ile artmıştır. Fotolüminesans ölçümlerinde filmlerde mavi ve yeşil emisyonlar bulunmuştur. SEM analiz sonuçlarına göre filmlerde çatlaklar ve parçacık yığılması gibi morfolojik değişiklikler gözlenmiştir. Filmlerdeki oksijen boşluklarının durumunu değerlendirmek için Raman Spektroskopisi kullanıldı. Katkısız CeO_2'nin florit yapısında örtüşen Raman fonon moduna atfedilen ~ 465cm^(-1)'deki karakteristik pik gözlemlenmiştir. Pikteki değişikliklerin gözlemlenmesi katkı türünün iyonik yarıçapındaki farklılıktan kaynaklanmaktadır. Raman kaymasında yaklaşık 500cm^(-1)'deki pik bir oksijen boşluğunun varlığını göstermektedir.

Sonuç olarak, La katkısının CeO2 ince filmlerin kristal yapısı, yüzey morfolojisi, kimyasal bileşimi ve optik özellikleri üzerinde önemli etkileri olduğunu göstermektedir. İnce filmlerin üretimi ve karakterizasyonu konusunda önemli bilgiler sağlamış ve gelecekteki araştırmalar için değerli bir temel oluşturmuştur.

Abstract:
In this study, undoped and 4-8-10% La doped CeO_2thin films were obtained by spray pyrolysis (chemical spraying) method at a base temperature of 300±5 oC.

The obtained films were analyzed by XRD, SEM, AFM, Raman spectroscopy, UV-Vis and photoluminescence spectrometry and FE-SEM. The obtained films were observed to have a cubic crystal structure and 20-70% transmittance in the visible region (300-900 nm). The optical band gap value of CeO_2was 3.2 eV and increased with increasing La concentration. In photoluminescence measurements, blue and green emissions were found in the films. According to FE-SEM analysis results, morphological changes such as cracks and particle agglomeration were observed in the films. Raman Spectroscopy was used to evaluate the concentration of oxygen vacancies in the films. The characteristic peak at ~ 465cm^(-1)attributed to the overlapping Raman phonon mode was observed in the fluorite structure of undoped CeO_2. The observation of variations in the peak is due to the difference in the ionic radius of the dopant species. The peak at ~500cm^(-1) in the Raman shift indicates the presence of an oxygen vacancy.

In conclusion, La doping has significant effects on the crystal structure, surface morphology, chemical composition and optical properties of CeO_2 thin films. It provides important insights into the fabrication and characterization of thin films and provides a valuable basis for future research.