ZnO-TiO2-SiO2 ince filmlerin sol-jel ile sentezlenmesi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of ZnO-TiO2-SiO2 thin films with sol-gel
Yazar: ENES FURKAN GÜRSES
Danışman: PROF. DR. BÜLENT AKTAŞ
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bütünleşik bilgi sistemleri = Integrated information systems ; Kaplama = Coating ; Makine mühendisliği = Mechanical engineering ; Sol-jel yöntemi = Sol-gel method ; Çinko oksit = Zinc oxide ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Bu çalışmada, bir cam altlık üzerine ZnO, TBOT (Titanium(IV) butoxide, C16H36O4Ti) ve TEOS (Tetraetil ortosilikat, SiC8H20O4) belirli oranlarda katılarak sol-jel ile hazırlanan 3lü kompozisyon döndürmeli kaplama metodu kullanılarak antireflektif ve hidrofobik amaçlar için ince filmler üretildi. Bu üretilen ince filmler 400, 500 ve 600 °C'de temperlendi. Farklı sıcaklıklarda temperlenmiş filmlerin yapısal ve optik özellikleri Fotolüminesans (PL),  XRD, FTIR, SEM, UV-Vis ve Raman spektroskopisi kullanılarak araştırıldı. SEM mikroyapı incelemeleri tüm ince film örneklerin yüzey morfolojisinin ZnO fiber yapılardan oluştuğunu ve cam altlık üzerindeki ince filmlerin kalınlıklarının ise TBOT içeriği ile arttığını göstermiştir. Farklı sıcaklıklarda temperlenmiş ZnO, TEOS ve TBOT kaplanmış ince filmlerin XRD desenleri hekzagonal wurtzite kristal yapısında olduğunu gösterdi. Temperleme sıcaklığı arttıkça filmlerde kristallenme eğilimi artmıştır ve 500 °C temperleme sıcaklığında hazırlanan saf ZnO filmler daha iyi kristallenme göstermiştir. Raman spekroskipisi sonuçları geçiş metalleri katkılı ZnO filmler 732 nm'de He-Ne lazer ile uyarıldığında yapının hekzagonal wurtzite kristali olduğunu ve bu kafes yapısınında TEOS ile TBOT'un yapısında bulunan Silisyum ve Titanyum metallerinin oksijen atomları ile bağlandığı göstermiştir. Tüm filmlerin %95'ten büyük optiksel geçirgenliğe sahip olduğu bulunmuştur. Temperleme sıcaklığının artışı ile kristal tane büyüklüğü değerlerinde bir artışa yola açmıştır. Bu kristal boyutundaki artış Uv spektrumunda aynı katkı oranlarında sıcaklığın artmasıyla birlikte band kenarı kırmızıya kayma olarak gözlemlenmiştir. Filmlerin fotoluminesans spektrumlarında pik şiddeti yoğunluğu azalmış ve artan TEOS konsantrasyonu veya tavlama sıcaklıkları ile hafifçe daha yüksek dalga boyuna (kırmızıya kayma) kaymıştır.

Abstract:
In this study, thin films for anti-reflective and hydrophobic purposes were produced using spin coating method the triple composition prepared by sol-gel adding ZnO, TBOT (Titanium(IV) butoxide, C16H36O4Ti), and TEOS (Tetraethyl orthosilicate, SiC8H20O4) in certain contents on a glass substrate. These produced thin films were tempered at 400, 500 and 600 °C. Structural and optical properties of these films tempered at different temperatures were investigated by Photoluminescence (PL), XRD, FTIR, SEM, UV-Vis and Raman spectroscopy. SEM microstructure examinations showed that the surface morphology of all thin-film samples consisted of ZnO fiber structures, and the thickness of the thin films on the glass substrate increased with TBOT content. XRD patterns of thin films tempered at different temperatures showed that they have a hexagonal wurtzite crystal structure. As the tempering temperature increased, the tendency of the films to crystallize increased, and the pure ZnO films prepared at the 500 °C tempering temperature showed better crystallization. Raman spectroscopy results showed that when transition metal-doped ZnO films were excited with He-Ne laser at 732 nm, the structure was a hexagonal wurtzite crystal, and in this lattice structure, Silicon and Titanium metals in the structure of TEOS and TBOT were bonded with oxygen atoms. All films were found to have an optical transmittance greater than 95%. It led to an increase in the crystal grain size values with the increase in the tempering temperature. The increase in this crystal size was observed as a band edge redshift with the increase in temperature at the same doping ratios in the UV spectrum. In the photoluminescence spectra of the films, the peak intensity intensity decreased and shifted to a slightly higher wavelength (redshift) with increasing TEOS concentration or annealing temperatures.