Tavlama sıcaklığının ve katkılamanın zno ince filmlerin yapısal ve optik özelliklerine etkisinin incelenmesi
The investigation of the effect of the annealing temperature and the nickel doping on the structural and optical properties of zno thin films
Yazar: EMRE ŞENER
Danışman: PROF. DR. ÖNDER ŞİMŞEK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı / Nanomalzeme  Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada, magnetron sıçratma tekniği kullanılarak cam alttaş üzerinde saf ve % 0,16, % 0,20 ve % 0,24 oranlarda nikel katkılı çinko oksit (Ni:ZnO) ince filmlerin elde edilmesi amaçlanmıştır. Ni:ZnO ince filmler, 450 °C sıcaklıkta, 480 mTorr basınçta ve 30 dakikalık kaplama süresinde elde edilmiştir. Nikel (Ni) hedef malzemesinin DC (doğru akım) gücü sırasıyla 20 W, 30 W ve 40 W ve çinko oksit (ZnO) hedef malzemesinin Radyo Frekansı (RF) gücü ise 150 W olarak belirlenmiştir. Saf ZnO ince filmler için 400 °C ile 550 °C sıcaklık aralıklarında ayrıca tavlama işlemi de gerçekleştirilmiştir. İnce filmlerin karakterizasyonu için X-ışını kristalografisi (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), Raman ve ultraviyole - görünür ışık absorpsiyon spektroskopi (UV-Vis) analizleri gerçekleştirilmiştir. XRD analizleri, tüm ince filmler için tercihli yönelimin (002) olduğunu göstermiştir. Katkısız ve nikel katkılı ZnO (Ni: ZnO) ince filmler için SEM analizleri yapıldı ve Ni katkılama ile ince filmlerin morfolojik yapısının önemli ölçüde etkilendiği tespit edilmiştir. İnce filmlerin optik geçirgenliği (%T) görünür bölgede (550 nm) yaklaşık olarak %90 olarak belirlenmiştir. Bu değer Ni katkılama ile azalma eğilimindeyken diğer taraftan artan tavlama sıcaklığı ile de artma eğilimi göstermiştir. Katkısız ZnO ince filmin optik bant aralığı (E_g) 3,24 eV iken Ni katkılama ile bu değer 3,11 eV'ye kadar azalırken tavlama sıcaklığı ile bu değerde önemli bir değişiklik tespit edilememiştir.

Abstract:
In this study, it is aimed to obtain undoped and nickel (Ni) doped zinc oxide (ZnO) thin films. Ni atoms were preferred as doping atoms. ZnO thin films were obtained at a pressure of 480 mTorr, a temperature of 450 °C and a deposition time of 30 minutes. The RF power for the ZnO target was 150 W and on the other hand the DC power for the Ni target was determined to be 20 W, 30 W and 40 W, respectively. ZnO thin films were also subjected to annealing in the range of 400 °C to 550 °C degrees. XRD, SEM, Raman and UV-Vis spectroscopy analyzes were performed for characterization of these thin films. XRD analysis revealed that the preferred orientation of all thin films was (002). SEM analyzes were performed for undoped and Nickel doped ZnO (Ni:ZnO) thin films and showed that Ni doped samples significantly affected the morphological structure of the thin films. The optical transmittance (T%) was determined to be about 90% in the visible region (550 nm). This value tended to decrease with the nickel doping effect and on the other hand tended to increase slightly with the annealing temperature. The optical band gap (E_g) of the ZnO thin film was 3.24 eV, which decreased to 3.11 eV with nickel doping. It was found that the annealing temperature had no significant effect on the optical band gap.