Döndürerek kaplama yöntemi ile Sr, Gd, Co, Zr ve Mn elementleri katkılanmış BaTiO3 filmlerin dielektrik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of dielectric properties of BaTiO3 films doped with Sr, Gd, Co, Zr and Mn elements with spin coating method
Yazar: PINAR ÇÖLKESEN
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM HALİL MUTLU
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Dielektrik sabiti = Dielectric constant ; Malzeme bilimi = Material science ; Malzeme üretimi = Material production

Özet:
Bu çalışmada, katkısız BaTiO3, Sr:BaTiO3, Gd:BaTiO3, Co:BaTiO3, Zr:BaTiO3 ve Mn:BaTiO3 solüsyonları sol-jel yöntemi ile hazırlandı. Hazırlanan solüsyonlar döndürerek kaplama yöntemi ile sırasıyla etanol, saf su ve aseton ile ultrasonik banyo içerisinde 15'şer dakika temizlenen altlıklar üzerine 3, 5 ve 7'şer kat kaplandı. Cam altlıklar üzerine kaplanan ince filmler 5 oC/dk hızla 400 oC'ye ısıtılan tüp fırın içerisinde 1 saat boyunca ısıl işleme tabi tutuldu. Isıl işlem sonrası ince filmler elektron mikroskobu, polarize mikroskop ve atomik kuvvet mikroskobu ile analiz edildi. Ardından X-ışını difraktometresiyle kristal yapı oluşumu incelendi. Hazırlanan katkısız ve katkılı BaTiO3 ince filmlerin dielektrik sabitleri bir vektör network analyzer aracılığı ile 3-7 GHz frekans aralığında ölçüldü. Çalışma sonucunda, 400 oC'ta kurutulan filmlerde kristal yapı oluşumu gözlenmez iken 550 oC'de ısıl işleme tabi tutulan filmlerin bazılarında kristal yapı oluşumı gözlemlendi. Kaplama sonrasında kurutulmadan ölçülen kaplanmış ince filmler arasında en yüksek dielektrik sabiti 6.8 GHz'de 9.4 olarak Zr katkılı BaTiO3 ince filminde ölçüldü. 400 oC'de kurutma sonrası yapılan ölçümde elde edilen en yüksek dielektrik sabiti değeri 7.7 olarak Sr katkılı BaTiO3 ince filminde saptandı.

Abstract:
In this study, BaTiO3, Sr:BaTiO3, Gd:BaTiO3, Co:BaTiO3, Zr: BaTiO3 and Mn:BaTiO3 solutions were prepared by sol-gel method. The prepared solutions were coated with 3, 5 and 7 times on the substrates which were cleaned 15 minutes each in ultrasonic bath with ethanol, distilled water and acetone, respectively. Thin films which were coated on glass substrates were heat-treated for 1 hour in a tube furnace heated to 400 oC at the rate of 5◦C/min. After heat treatment, thin films were analyzed by Scanning Electron Microscope, Polarized Light Microscope and Atomic Force Microscope. Subsequently, X-ray diffractometer was used to determine the formation of crystal structure. The dielectric constants of the prepared undoped and doped BaTiO3 thin films were measured in a 3-7 GHz frequency range via a Vector Network Analyzer. As a result of the study, crystal structure formation was not observed in films which were dried at 400 oC. However, some of the films that were heat treated at 550 oC had a crystal structure. After coating, the highest dielectric constant among the coated thin films without drying was measured on Zr doped BaTiO3 thin film with the value of 9.4 at 6.8 GHz. The highest dielectric constant value obtained in the measurement after drying at 400 oC was determined as 7.7 in Sr doped BaTiO3 thin film.