Opto-elektronik uygulamalarda kullanılabilecek katkısız ve Mg katkılı ZnO filmlerin üretilmesi
Production of undoped and Mg doped ZnO films for opto-electronic applications
Yazar: SERHAT ALDAĞ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SEMA KURTARAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Son yıllarda, opto-elektronik teknolojisi yeni ve alternatif malzemelere gereksinim duyan bir bilimsel çalışma alanı olarak kendini göstermektedir. Bu alanda yapılan birçok bilimsel çalışma saydam iletken oksit ailesi üzerinde yoğunlaşmıştır. Bu çalışmada, saydam iletken oksit ailesinin önemli bir üyesi olan ZnO filmleri ultrasonik kimyasal püskürtme tekniği ile 350±5 ºC taban sıcaklığında ve farklı Mg elementi konsantrasyonları ile üretilmiştir. ZnO filmlerinin yapısal, optik, yüzeysel, elektriksel ve lüminesans özellikleri üzerine Mg elementinin etkisi araştırılmıştır. ZnO:Mg filmlerinin  X-ışını kırınım desenlerinden, tüm filmlerin polikristal yapıda olduğu ve (002) yönünde tercihli büyüme gösterdiği belirlenmiştir. Spektroskopik elipsometre cihazı yardımıyla filmlerin kalınlıkları ve optik sabitleri belirlenmiştir. Elde edilen filmlerin optik özellikleri incelenerek direkt bant geçişli malzemeler oldukları tespit edilmiş ve optik metot yardımı ile optik bant aralıkları 3.27~3.40 eV olarak belirlenmiştir. Atomik Kuvvet Mikroskobu ile filmlerin üç boyutlu yüzey özellikleri incelenmiştir. Floresans Spektrometre cihazı ile ZnO:Mg filmlerinin fotolüminesans özellikleri incelenmiştir. Dört uç tekniği yardımıyla filmlerin elektriksel özdirenç değerleri belirlenmiş ve Mg katkısı ile bu değerlerin azaldığı görülmüştür. Mg katkılama işleminin, ZnO filmlerinin özelliklerini opto-elektronik ve fotovoltaik güneş pili uygulamaları açısından önemli derecede etkilediği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Recently, opto-electronic technology reveal itself as a scientific study field requiring novel and alternative materials. Most of the works made on this field have been focused on transparent conducting oxide family. In this work, ZnO films which are important members of transparent conducting oxide family, have been produced by ultrasonic spray pyrolysis technique at 350±5 ºC substrate temperature with different Mg concentrations. Effect of Mg doping on the structural, optical, surface, electrical and luminescent properties of ZnO films have been investigated. It has been determined that all films have polycrystalline structure and show a preferential orientation through (002) plane, using X-ray diffraction patterns. Thicknesses and optical constants of the films have been determined by Spectroscopic Ellipsometry. 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 3.27 and 3.40 eV by optical method. Atomic force microscope has been used to investigate the three dimensional surface properties. Photoluminescence properties of ZnO:Mg films have been examined by a fluorescence spectrometer.  Four-probe technique has been used to determine the electrical resistivity values of the films and it has been seen that these values decreased by Mg doping. It has been concluded that Mg doping has important effects on the properties of ZnO films in view of opto-electronic and photovoltaic solar cell applications.