Sol-gel spin kaplama tekniğiyle ZnO oksijen sensörü üretimi ve karakterizasyonu
ZnO oxygen sensor production and characterization with sol-gel spin coating technique
Yazar: NAZAN SERT
Danışman: PROF. DR. EYÜP FAHRİ KESKENLER
Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Oksijen sensörü = Oxygen sensor ; Yarı iletkenler = Semiconductors ; Çinko oksit = Zinc oxide ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Teknolojinin ve sanayinin gelişmesiyle birlikte insan sağlığı, enerjinin verimli kullanılması ve zararlı gazların çevre üzerindeki etkisinin önemi çeşitli sensörlere duyulan gereksinimi artırmıştır. Oksijen sensörleri bunlardan biridir ve son yıllarda oksijen sensörlerinin geliştirilmesi ve doğada çok bulunan ekonomik materyallerin oksijen sensörü olarak kullanılıp kullanılamayacağı bilim insanlarının ilgisini çekmiştir. Çinko oksitin ekonomik olması, doğada bol miktarda bulunması, toksik olmaması, yasak enerji bant aralığının geniş olması sebebiyle teknoloji alanında ve bilimsel çalışmalarda çokça tercih edilen bir materyal olmuştur. Bu çalışmada sol-gel spin kaplama tekniği kullanılarak ITO altlık üzerinde ZnO ince film büyütülmüştür. Büyütülen ince filmin XRD ve elektriksel ölçümleri yapılarak karakterizasyonu incelenmiştir. XRD ölçümlerinden çinko oksit filmin sırasıyla 30,87°, 35,45°, 50,98° ve 60,90° açılarında (2θ) pikler oluşturduğu gözlemlenmiştir. Bu karakteristik piklerin sırasıyla [100], [002], [102] ve [110] düzlemlerine karşılık geldiği ve kırınım deseni incelendiğinde hekzagonal wurtzite kristal yapısında olduğu gözlemlenmiştir. Ortalama kristal tane boyutunun ise 3 nm boyutunda olduğu hesaplanmıştır. İnce film üzerine oksijen uygulanmasıyla aynı sıcaklık ve gerilimde akımın arttığı yani direncin düştüğü gözlemlenmiştir. 400°C'de oksijen ortamındaki bu direnç değişiminin hava ortamına göre yaklaşık olarak 2 katı kadar oranda olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
With the development of technology and industry, the importance of human health, efficient use of energy and the impact of harmful gases on the environment has increased the necessity for various sensors. Oxygen sensors are one of them. In recent years, the development of oxygen sensors and whether economical materials that are abundant in nature can be used as oxygen sensors have attracted the attention of scientists. Zinc oxide has become a highly preferred material in the field of technology and scientific studies due to its economical, abundant presence in nature, non-toxicity, and wide width of forbidden energy band. In this study, ZnO thin film was grown on ITO substrate using sol-gel spin coating technique. The characterization of the enlarged thin film was investigated by XRD and electrical measurements. From the XRD measurements, it was observed that the zinc oxide film formed peaks at 30,87°, 35,45°, 50.98° and 60.90° angles (2θ), respectively. It has been observed that these characteristic peaks correspond to [100], [002], [102] and [110] planes, respectively, and when the diffraction pattern is examined, it is in the hexagonal wurtzite crystal structure. The average crystal grain size was calculated to be 3 nm. It has been observed that with the application of oxygen on the thin film, the current increases, that is, the resistance decreases at the same temperature and voltage. It has been determined that this resistance change in the oxygen environment at 400°C is approximately 2 times higher than the air environment.