Nadir toprak elementi katkılı TiO2 ince filmlerinin karakterizasyonu
Characterization of rare earth elements doped TiO2 thin films
Yazar: GAMZE BALYACI
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:
Bu tez çalışmasında, farklı konsantrasyonlarda (%1, %2, %3) Ce, Dy, Eu katkılı Titanyum dioksit ince filmleri Sol- Jel Yönteminin döndürerek kaplama metodu ile üretilmiştir. Ce, Dy, Eu katkılanmasıyla yapısal, elektriksel ve optik özelliklerindeki değişimler incelenmiştir.
Titanyum dioksit Nano Teknolojide kullanılan ana malzemelerden biridir. Tiyanyum dioksit, endüstride yaygın olarak kullanılan, çok ucuz, kullanışlı, geri dönüşümlü ve toksik olmayan bir materyaldir. Titanyum dioksitin üç farklı kristal yapısı vardır. Bunlar brokit, rutil ve anatazdır.
İnce film üretimi için birçok yöntem bulunmaktadır, Sol-Jel yöntemi ise bunlardan biridir. Bu çalışmada ince film üretim tekniklerinden olan basit ve kolay uygulanabilen sol-jel spin kaplama yöntemi kullanılmıştır.
Hazırlanan numunelerin karakterizasyonu X Işını Kırınım Analizi (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), UV/VIS Spektrometerisi ve Diferansiyel Termal ve Termogravimetrik Analiz (DTA / TGA) vasıtasıyla yapılmıştır.
Üretilen filmlerin kristal yapısı ve tanecik boyutları X Işını Kırınımı (XRD) analizi ile incelenmiştir. XRD ölçümleri, Eu ve Dy katkılı numunelerin kristal yapısının çoğunluğu anataz faz omak üzere rutil fazla karışık olduğunu, ancak Ce katkılı numunelerin ise sadece anataz fazda olduğunu göstermiştir. 
Filmlerin yüzeylerinde oluşan yüzeyin parçacık büyüklüğü, dağılımı ve şekilleri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. SEM görüntüleri, Dy katkılı numunelerin ortalama film kalınlığının artan Dy konsantrasyonuyla azaldığını, Ce ve Eu katkılı numunelerin ortalama film kalınlığının ise bu katkı maddelerinin konsantrasyonuyla arttığını ortaya koymuştur. 
Optik özellikler ve optik bant aralığı UV-VIS spektrofotometresi ile incelenmiştir. UV / VIS spektrometresi ölçümleri %1 ve %2 katkılı numunelerin emilimleri hemen hemen benzer özelliklere sahipken %3 katkılı numunelerin emilimlerinin farklı olduğunu göstermiştir. UV/VIS ölçümleri Eu, Dy ve Ce katkılı ince filmlerin band aralığında azalma olduğunu göstermiştir.  Tüm malzemeler için ölçülen optik band aralığı değerlerinin literatür ile uyumlu olduğu bulunmuştur.
DTA / TGA ölçümleri ise, üretilen ince filmlerin kimyasal reaksiyonları ve ağırlık kayıplarının beklenen sıcaklıklarda gerçekleştiğini göstermiştir.

Anahtar Kelimeler: TiO2, Ce, Dy, Eu, İnce Film, Sol-gel

Abstract:
This study, we fabricated TiO2 thin films doped with different concentrations (% 1, 2, and 3 mole) of Ce, Dy, and Eu by spin-coating sol-gel method. The variations of the structural, electrical optical and electrical properties with the Ce, Dy, Eu doped were investigated. 
Titanium dioxide is one of the main materials to be used in Nano Technology. Titanium dioxide is very cheap, handy, biodegradable and nontoxic material widely used in industry. TiO2 has three kinds of different crystal structures; brookite, rutile and anatase.
There are many methods used for fabrication of thin films, the Sol-Gel is one of them. In this study, among the thin film production techniques, sol-gel spin coating method having basic and easy applicable was used. 
Characterization of the prepared samples were performed by means of the X-ray diffraction (XRD) scanning electron microscopy (SEM), ultraviolet visible (UV/VIS), and differential thermal and thermo gravimetric analysis (DTA/TGA). 
Crystal sutructure and particle sizes of the films were investigated by X-ray diffraction (XRD) analysis. XRD measurements have shown that in Eu and Dy–doped samples crystal structure consists of mixed a little rutile and mostly anatase phases, but in Ce doped- samples have only anatase phase. 
The particle size, distributions and shapes of the surface formed on the surfaces of the films were investigated by Scanning electron microscopy (SEM). SEM images have revealed that while average thin film thickness of the Dy-doped samples decreases with increasing concentration Dy the average film thicknesses of Ce and Eu increases with increasing concentrations of these dopants. 
Optical properties and optical band gap were investigated by UV-VIS spectrophotometer. UV/VIS spectrometer measurements have shown that while absorbances of the samples doped % 1 and 2 mole of the dopants have nearly the similar properties these properties differ from each other for %3 mole of the dopants. UV-VIS measurements indicated a reduction in band gap values of the films with Ce, Dy, Eu doped. Optical band gaps obtained for all materials were near at the literature values. 
DTA/TGA measurements have shown the chemical reactions and weight losses of the sample have occurred at the expected temperatures.   

Keywords: TiO2, Ce, Dy, Eu, Thin Film, Sol-gel