Sol-jel yöntemi ile ZrO2 ince film üretimim ve yapısal olarak incelenmesi
ZrO2 thin film production of sol-gel methods and structural features
Yazar: KAMER ESEN
Danışman: DOÇ. DR. NALAN ÇİÇEK BEZİR
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Günümüz teknolojisinde ince filmler birçok alanda kullanılmaktadır. İnce filmler bir nanometre ile birkaç mikrometre arasında değişen kalınlıklara sahiptir. İnce film teknolojisinde birden fazla metot kullanılarak üretim yapılabilmektedir. Bunlardan bazıları elektron bombardımını ile buharlaştırma, kimyasal buhar biriktirme, püskürtme, atomik yüzey kaplama, termal buharlaştırma, termiyonik vakum biriktirme (TVA), RF sıçratma ve sol jel metodu örnek olarak verilebilir. İnce film üretiminde oksit malzemeler yoğun olarak kullanılmaktadır. Zirkonyum dioksitte bu malzemelerden biridir. Zirkonyumun sahip olduğu mekanik, termal ve kimyasal özellikler ince film teknolojisinde kullanılması için ideal bir materyal olduğunun göstergesidir. 
Biz bu tez çalışmasında katman sayısının Zirkonyum dioksit ince filmler üzerinde etkisini incelemek için sırasıyla 1, 2, 3, 4 ve 5 katlı ince filmler hazırladık. Ayrıca Ce, Dy ve Eu katkılarının Zirkonyum dioksit ince filmleri üzerinde nasıl etkiler oluşturduğunu inceledik. Katkılı ve saf Zirkonyum dioksit ince filmleri sol jel metodunu kullanarak elde ettik. Sol jel metodu ince film üretimi için oldukça avantajlı bir yöntemdir. Sol jel metodunun birbirinden farklı yöntemleri bulunmaktadır. Bunlar döndürerek kaplama, daldırarak kaplama ve püskürterek kaplama yöntemleridir. Düşük sıcaklıklarda, düşük maliyetle homojen ince filmlerin elde edilmesini sağlar. İnce filmlerin kristal yapılarının incelenmesinde X ışınları kırınımı cihazından (XRD), yüzey morfolojisinin incelenmesinde taramalı elektron mikroskopu (SEM), optik özelliklerinin incelenmesinde ise ultraviyole/görünür bölge (UV-Vis) spektroskopisinden faydalanılmıştır.
Yapılan XRD ölçümleri sonucunda Dy, Eu ve Ce katkılı ZrO2 ince filmler ile saf ZrO2 ince filmler arasında yapısal olarak önemli bir değişiklik görülmemiştir. Eu katkılı ZrO2 ince filmlerin XRD ölçümlerinde saf, Dy ve Ce katkılı ince filmlere göre faz farkına rastlanmıştır. Monoklinik fazın kübik fazdan daha fazla olduğu gözlemlenmiştir.  Dy, Eu, Ce katkılı ve saf ZrO2 ince filmlerin pürüzsüz ve düzgün yüzeylere sahip oldukları gözlenmiştir. Sol jel metodunun döndürerek kaplama yönteminin çatlak oluşturmadan ince film kaplama teknolojisinde rahatça kullanılabileceği gözlemlenmiştir. Ayrıca optik absorbans ölçümleri saf zirkonyum dioksit ince filmlerinin optik özelliklerinin Dy, Eu ve Ce katkı malzemelrinden etkilendiği gözlemlenmiştir.

Anahtar kelimeler: İnce Film, Sol-jel Metodu, Zirkonyum Dioksit

Abstract:
Today's in high-technology applications, thin film materials are used in many field. A thin film is layer of material on substrate ranging from a nanometer to a few micrometers in thickness. In thin film fabrication technology, many different types of methods are used such as electron beam evaporation, metal organic chemical vapor deposition, atomic layer deposition, RF magnetronsputtering, thermionic vacuum arc (TVA), pulsed laser deposition and sol-gel method. Many oxide materials have been used extensively in the form of the thin films. Zirconium oxide is very promising candidates for technology of thin film because of their good mechanical, thermal and chemical properties.
In order to see the influence of the number of layers on the properties of ZrO2 thin films, we prepared one pure ZrO2 film sample with 5-layers and Ce, Eu, and Dy-doped ZrO2 samples with single layer were successfully fabricated by spin-coating sol gel-method. The sol-gel method is the most useful method for thin film production because of it has a room temperature process of low cost, good homogeneity, low processing temperature .The crystal structures of thin films were determined X-Ray Diffraction device (XRD), morphology of the samples were analyzed by scanning electron microscope (SEM), and the optical properties of the samples were determined by ultraviolet/visible spectrometer (UV/VIS) measurements.
The results of these XRD measurements have shown that there are not substantial changes between the pure and Ce and Dy-doped ZrO2 thin films. But XRD patterns of Eu-doped ZrO2 differ from of pure and Ce, Dy-doped ZrO2. There are more cubic ZrO2 peaks than monoclinic. It has been observed that very qualitative coating could be achieved by spin-coating sol gel method for the fabrication of the Dy, Ce, and Eu-doped ZrO2 film samples with smooth and uniform surfaces without any cracks. Finally, optical absorbance measurements of the samples have shown that the optical properties of thin films are influenced by the doped materials.


Keywords: Thin Films, Sol-gel Methods, Zirconium oxide