Elektrokimyasal yöntem ile ZnO'nun manyetik malzemelerle katkılanması ve optik, elektrik, morfolojik ve yapısal özelliklerinin nanokarakterizasyonu.
Doping of ZnO with magnetic materials by electrochemical method and nanocharacterization of its optical, electrical, morphological and structural properties
Yazar: TÜLAY ÖZEYRANLI
Danışman: PROF. DR. MEVLANA CELALETTİN BAYKUL
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology

Özet:
ZnO (Çinko Oksit) yarıiletken oksit bileşiği çok çeşitli uygulamaları nedeniyle son
yıllarda birçok elektronik ve optoelektronik uygulamaların temelini oluşturmuştur. Güneş
pillerinde şeffaf bir elektrot olarak (Fortunato vd., 2005), kimyasal ve gaz sensörlerinde
(Rao, 2000), spintronik cihazlarda (Liu vd., 2005) ve ışık yayan diyotlarda (Matsubara vd.,
2003), telekom iletişiminde, uydu yayıncılığında, ayrık ve çok katmanlı kapasitörlerde,
belleklerde (Dang vd., 2003; Ram, 2010), UV ışığı veya güneş ışığı emisyonu yoluyla
organik kirleticileri suya dönüştürmek için başarıyla kullanıldı (Amine Khodjaa vd., 2001).
Ancak ışıkla indüklenen delik-elektron çiftleri, kuantum verimliliği veya ZnO hızlı
rekombinasyonu nedeniyle oldukça düşüktür (Dindar ve İçli, 2001). ZnO'nun çok
yönlülüğünü artırmak için genellikle yapısal modifikasyonlar kullanılmıştır, iyon
katkılanması iyi bilinen ve en etkili yaklaşımdır (Panatarani vd., 2004; Wang vd., 2006; Sajid
Ali, 2012). Bu nedenle, bu tez çalışmasında ZnO nano yapılı malzemelerin elektrik, optik
özellikleri ile yapı ve yüzey morfolojisi arasındaki bağlantı ve demir (Fe+3) iyonları katkılı
ZnO (ZnO:Fe) filmlerinin elektrik, optik ve yapısal özelliklerinin Fe+3 iyon
konsantrasyonuna bağımlılığı araştırılarak incelenmiştir. Sentezlenen numunelerin elektrik,
optik, yapısal ve morfolojik özellikleri sırasıyla Dört Noktalı Prob, Ultraviyole-Görünür
Spektroskopi (Uv-vis), Fotolüminesans Spektrometresi (PL), X-ışınları Kırınım
Difraktometresi (XRD), X-ışını Fotoelektron Spektrometresi (XPS), Taramalı Elektron
Mikroskobu (SEM), Enerji Dağılımlı X-ışını Spektrometresi (EDX) ve Atomik Kuvvet
Mikroskobu (AFM) ile elde edilmiştir. Yapılan karakterizasyonlar sonucunda, nanoyapılı
ZnO:Fe yarıiletken ince filmlerin tane boyutları ve yasak enerji aralıkları Fe+3 iyonlarının
konsantrasyonları arttıkça azalırken, elektriksel iletkenlikleri artmıştır.
Bu tez çalışmasında nanoyapılı ZnO ve Fe+3 iyonu katkılı ZnO:Fe yarıiletken
malzemesi Elektrokimyasal Biriktirme (ED) Tekniği ile Versa STAT 3 potansiostat
kullanılarak üretilmiştir. ZnO ince film üretimi, Fe+3 iyonunun katkı molaritesi değiştirilerek
ITO kaplı cam alt taban üzerine gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
ZnO (Zinc Oxide) semiconductor oxide compound has formed the basis of many
electronic and optoelectronic applications in recent years due to its widw range of
applications. As a taransparent electrode in solar cells (Fortunato vd., 2005), in chemical and
gas sensors (Rao, 2000), in spintronic devices (Liu vd., 2005) and light emitting diodes
(Matsubara vd., 2003), in telecom communications, satellite broadcasting, discrete and
multilayer capacitors, memories (Dang vd., 2003; Ram, 2010). It has been successfully used
to convert organic pollutants into water via UV light or sunlight emission (Amine Khodjaa
vd., 2001). However, the light-induced hole–electron pairs are quite low due to the quantum
efficiency or rapid recombination of ZnO (Dindar ve İçli, 2001). Structural modifications
have generally been used to increase the versatility of ZnO, with ion doping being the wellknown
and most effective approach (Panatarani vd., 2004; Wang vd., 2006; Sajid Ali, 2012).
Therefore, in this thesis study, the connection between the electrical, optical properties,
structure and surface morphology of ZnO nanostructured materials and the dependence of
the electrical, optical and structural properties of iron (Fe+3) ions-doped ZnO (ZnO:Fe) films
on the Fe+3 ion concentration are investigated. Electrical, optical, structural and
morphological properties of samples produced by Electrochemical Deposition (ED)
Technique respectively obtained by Four-Point Probe, Ultraviolet–visible Spectroscopy
(Uv-vis), Photoluminescence Spectrometry (PL), X-ray Diffraction Diffractometer (XRD),
X-ray, respectively. Obtained by Photoelectron Spectrometry (XPS), Scanning Electron
Microscope (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectrometry (EDX) and Atomic Force
Microscope (AFM). As a result of the characterizations, the grain sizes and forbidden energy
gaps of nanostructured ZnO:Fe semiconductor thin films decreased as the concentrations of
Fe+3 ions increased, while their electrical conductivity increased.
In this thesis study, nanostructured ZnO and Fe+3 ion-doped ZnO:Fe semiconductor
material was produced using the Electrochemical Deposition (ED) Technique and Versa
STAT 3 potentiostat. The production of ZnO and Fe+3 ion-doped ZnO:Fe thin films was
carried out on an ITO-coated glass substrate by changing the Fe+3 ion dopant molarity.