Fe ve AI ortak katkılı Zn0.95Mn0.05O  ince filmlerin büyütülmesi ve karakterizasyonu
Growth and characterization of Fe and AI co-doped Zn0.95Mn0.05O  thin films
Yazar: MEHMET YILDİRİM
Danışman: PROF. DR. YUNUS BABUR
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, kimyasal olarak türetilmiş 𝑍𝑛0.90−𝑥𝑀𝑛0.05𝐹𝑒0.05𝐴𝑙𝑥O( x=0.0-0.05) malzeme ince film haline getirilmiş(ZMFO: 𝐴𝑙𝑥) ve bu malzemenin x=0.0-0.05 oranındaki Al katkısının malzemenin yüzey morfolojisi, optik ve dielektrik sabitleri, elektriksel ve manyetik özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Sonuçlar, ZnO wurtzite yapısı içinde 𝑀𝑛2+ , 𝐹𝑒2+ ve 𝐴𝑙3+ katkılarından oluşan bileşenlerin herhangi bir ikincil faz oluşturmadığını göstermiştir. İnce filmlerin kristalik özelliği x=0.01 'e kadar sistematik olarak azalmış ve daha sonra x=0.03 ve 0.05 Al ilave seviyeleri için yeniden artmıştır. Yüzey morfolojisi analizi sonucunda, filmler homojen ve pürüzsüz bir yüzey özelliği göstermekle birlikte küresel taneciklerin 𝑀𝑛2+ , 𝐹𝑒2+ ve 𝐴𝑙3+ katkılandırılma seviyeleri üzerinden kristalleşme kalitesi ile aynı eğim özelliği gösterir. ZnO yerleşik yapısında 𝑀𝑛2+ ,𝐹𝑒2+ ve 𝐴𝑙3+ iyonlarının başarılı oluşumu XPS analizi sonucunda gözlendi. Optik analizler sonucunda, ZnO kristali içindeki 𝑀𝑛2+ , 𝐹𝑒2+ ve 𝐴𝑙3+ katkılandırılmasına uygun olarak optik band da maviye kayma olduğu tespit edildi. Yaptığımız ZnO tabanlı 𝐴𝑙𝑥 katkılı 𝑍𝑛0.95𝑀𝑛0.05O (ZMO) ve 𝑍𝑛0.90𝑀𝑛0.05𝐹𝑒0.05O (ZMFO) ince filimlerin kırılma indeksi, sönüm katsayısı ve dielektrik sabitleri önceden elde edilen ZMFO filmlerden nispetten büyük çıktı. Hall ölçümleri, tüm film örneklerinin n tipi iletkenliğe sahip olduğunu gösterdi ve bu iletkenlik kristalit büyüklük/tanecik boyutlarına göre değişmektedir. Manyetik ölçümler, oda sıcaklığından yüksekte, ZMFO filmleri için ferromanyetik tepki gösterir. Bunun nedeni ZMO ve ZMFO: 𝐴𝑙𝑥 ince filmlerde oda sıcaklığından yüksek sıcaklıklarda Al katkısının x=0.03 den büyük olduğu seviyelerde farklı oksijen boşluk konsantrasyonun oluşumundan dolayı meydana gelir.

Abstract:
In this work, the effect of Al substitution (x=0.0 – 0.05) on the structural, optical, morphological, dielectric, magnetic, and electrical properties of solution processed 𝑍𝑛0.90−𝑥𝑀𝑛0.05𝐹𝑒0.05𝐴𝑙𝑥O (ZMFO: 𝐴𝑙𝑥) samples were studied. The results show the adding of, 𝐹𝑒2+, 𝑀𝑛2+ and 𝐴𝑙3+ in ZnO crystal structure without any impurity phases. The crystalline property of thin films was decreased systematically until x=0.01 and then increased again for x=0.03 and 0.05 Al adding levels. The surface morphology study demonstrated homogeneous surface with spherical grains showed the same trend with the crystalline quality in size upon on the 𝐹𝑒2+, 𝑀𝑛2+ and 𝐴𝑙3+ adding levels. The verification of the 𝐹𝑒2+, 𝑀𝑛2+ and 𝐴𝑙3+ ions added to ZnO structure was successfully viewed by XPS study. The optical study verified the blue shift of the band gap edge depended on the adding of 𝐹𝑒2+, 𝑀𝑛2+ and 𝐴𝑙3+ in the ZnO structure. Analogously, the higher refractive index, dielectric constants, extinction coefficient was achieved for the ZMFO: 𝐴𝑙𝑥 samples than those of 𝑍𝑛0.95𝑀𝑛0.05O, ZnO and 𝑍𝑛0.90𝑀𝑛0.05𝐹𝑒0.05O samples. Hall effect measurements indicated that all the thin films have n-type electrical property and it changes depends on the crystallite size/grain ratio. Magnetic studies indicated higher room temperature ferromagnetic properties for the ZMFO: 𝐴𝑙𝑥 samples than those of ZMFO and ZMO samples because of having different oxygen vacancy concentrations. The highest room temperature value was detected for the Al adding level of x=0.03 samples.