PED yöntemi ile üretilen seryum dioksit ince filmlerin incelenmesi ve erbiyum katkısının etkileri
Investigation of cerium dioxide films grown by pulsed electron beam deposition and effects of erbium doping
Yazar: FATMA PINAR GÖKDEMİR
Danışman: PROF. DR. KUBİLAY KUTLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
CeO2 ve %2, %4, %8 Er katkılı CeO2 filmler Corning cam ve ITO kaplı cam taşıyıcılar üzerine herhangi bir tavlama işlemi yapılmadan PED yöntemi ile büyütülmüştür. Filmlerin genel özellikleri ve farklı oranlarda erbiyum katkısının etkileri incelenmiştir.XRD desenleri filmlerin polikristal FCC yapıda olduklarını ve ITO kaplı cam taşıyıcılar üzerinde büyütülen filmlerin daha iyi kristallendiğini göstermiştir. Ayrıca Er katkısının CeO2 filmlerin XRD desenlerini etkilediği görülmüştür. Raman ölçümlerinden, 465 cm?1'de CeO2'in F2g titreşim moduna ait olan pikin %2 Er katkısı ile maviye kaydığı ve artan katkı miktarı ile orijinal konumuna gelmeye başladığı belirlenmiştir. FEG?SEM görüntüleri, filmlerin yüzeylerinin düzgün ve pürüzsüz olduğunu ayrıca ITO kaplı cam taşıyıcılar üzerine filmlerin daha iyi kristallendiğini göstermiştir.Optik ölçümler, filmlerin görünür ve yakın kızıl ötesi bölgelerde %80'nin üzerinde yüksek geçirgenliğe ve mor ötesi bölgede yaklaşık ~350 nm civarında keskin bir soğurma kenarı ile birlikte yüksek soğuruculuğa sahip olduklarını göstermiştir. Saf CeO2 filmlerin kırma indisi değerlerinin Er katkılı filmlere göre daha yüksek olduğu ve tüm filmlerin 375?1000 nm dalgaboyu aralığında kırma indisi ve sönüm katsayısı değerlerinin sırasıyla 1.66?2.70 ile 0.01?0.16 aralığında değiştiği bulunmuştur. CeO2 filmlerin indirekt optik bant aralıklarının 2.58 eV?2.78 eV aralığında olduğu, %2 Er katkısı ile bant aralıklarının arttığı, katkı miktarı arttıkça azalmaya başladığı belirlenmiştir.Elektrokromik ölçümlerden, ITO?WO3 taşıyıcılar üzerine büyütülen %2 Er katkılı CeO2 filmlerin en yüksek yük yoğunluğuna sahip olduğu bulunmuştur. Yaklaşık 6.49 mC/cm2 katodik yük yoğunluğuna sahip olduğu belirlenen filmlerin kararlılıklarını test etmek için uzun süreli CV ve CA ölçümleri yapılmıştır. Deneyler filmlerin birkaç çevrim sonra kararlı hale geldiklerini ve kararlılıklarını koruduklarını göstermiştir. Bu nedenle, ITO?WO3 taşıyıcılar üzerinde büyütülen %2 Er katkılı CeO2 filmlerin diğer filmlere göre elektrokromik cihazlarda iyon depolayıcı olarak kullanılmaya daha uygun olabilecekleri düşünülmektedir.

Abstract:
CeO2 and %2, %4, %8 Er doped CeO2 films grown by pulsed electron beam deposition on Corning glass and ITO coated glass substrates without any annealing process. General properties of the films and effects of different erbium doping percentages have been investigated.XRD patterns indicated that all the grown films are polycrystalline with FCC structure but films grown on ITO coated glass substrates have better crystallization. Also it has been determined that Er doping affects the XRD patterns of the cerium oxide films. From the Raman measurements, it has been determined that, the peak at the 465 cm-1, which belongs to F2g vibration mode of CeO2 showed a blue shift by %2 Er doping and it reverts to its original position with increasing doping concentration. FEG?SEM images showed that, films have a smooth and uniform surface also they crystallized better on ITO coated glass substrates.Optical measurements showed that films have high transmittance over %80 in visible and near infra red regions and high absorption in ultraviolet region with a sharp absorption edge which is around the 350 nm. It is obtained that pure CeO2 films have higher refractive index values than Er doped CeO2 films and in the range of 375?1000 nm wavelength refractive index and extinction coefficient values of the films were found to be varying between 1.66?2.70 and 0.01?0.16 respectively. Indirect optic band gaps of the films have been determined in the range of 2.58 eV?2.78 eV and we found that %2 Er doping increased the band gap value and began to decrease with increasing doping concentration.From the electrochromic measurements, we determined that %2 Er doped CeO2 films which grown on ITO?WO3 substrates had highest charge density. To investigate the stability of this film which had a cathodic charge density nearly 6.49 mC/cm2, longtime CV and CA measurements were carried out. Experiments have shown that films became stable after some cycles and they sustain their stability. As a consequence we can say that %2 Er doped films which grown on ITO?WO3 substrates are more suitable than other films for use as ion storage layers in electrochromic devices.