RF magnetron kopartma tekniği ile büyütülen LiCoO2 ince filmlerin optik, elektrokromik ve yapısal özelliklerinin incelenmesi
The investigation of optical, electrochromic and structural properties of LiCoO2 thin films grown by RF magnetron sputtering
Yazar: BUĞRAHAN ERBAR
Danışman: DOÇ. DR. ÖZLEM DUYAR COŞKUN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Dünya nüfusunun hızlı bir şekilde büyümesiyle, dünya çapında fosil enerji kaynaklarına ihtiyaç artmıştır. Fosil temelli enerji kaynaklarının kullanımı sonucunda dünya, küresel ısınma, sera etkisi, ozon tabakasının delinmesi gibi problemlerle karşı karşıyadır. Teknolojinin ilerlemesi ile birlikte alternatif ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim başlamıştır. Elektrokromik malzemeler, bir elektriksel gerilim altında optik özellerini tersinir olarak değiştiren malzemelerdir. Elektrokromik malzemelerde görülen bu tersinir mekanizma elektrokromizm olarak adlandırılır. 
LiCoO2, hali hazırda yeniden sarj edilebilen pillerde kullanılan bir malzemedir. Yüksek verimli kapasitör özelliği taşıyan LiCoO2 malzemesinin, ince film formunun kullanım alanlarının araştırılması gereklidir. LiCoO2 ince filmlerin katıhal elektrokromik cihazlarda kullanılmabilmesi için,  büyütme parametrelerinin elektrokromik özelliklerine ve renklenme mekanizmalarına nasıl etki ettiği tam olarak anlaşılmalıdır.
Bu çalışmada, LiCoO2 ince filmler RF magnetron kopartma tekniği ile cam alttaşlar üzerinde büyütülmüştür. Büyütülen LiCoO2 ince filmlerin elektrokromik ve optik özelliklerine film kalınlığının, kısmi oksijen basıncının, plazma gücünün, alttaş sıcaklığının etkileri incelenmiştir. 
Bu tez çalışmasında optik renklenme gözlenen örneklerin optik modülasyon ve renklenme verimlilikleri hesaplanmıştır. Yapısal özellikleri X-ışınları kırınımı ve atomik kuvvet mikroskobu ile tayin edilmiştir. Yüzey görüntüleri taramalı elektron mikroskobu ile alınmıştır. Örneklerin elektrokromik analizleri yapılırken, gerilim ve zamana bağlı akım çevrimsel voltametri ve kronoamperometri ölçümleri alınmıştır. Elde edilen kronoamperometri eğrilerinin altında kalan alanlar hesaplanarak elektrokimyasal çevrimler boyunca film yüzeyine giren ve çıkan yük miktarları hesaplanmıştır.
Tez kapsamında büyütülen LiCoO2 ince filmlerin elektrokromik olarak zayıf renklenme göstermekle birlikte, elektrokimyasal prosesler boyunca gözlemlenen iyon giriş ve çıkış kapasitelerinden dolayı katıhal elektrokromik cihazlarda iyon iletken tabaka olarak kullanılabileceği ön görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: LiCoO2 ince filmler, RF magnetron kopartma, elektrokromizm, renklenme verimliliği, optik modülasyon

Abstract:
The rapid population growth on Earth has caused the need for fossil energy sources to increase worldwide. As a consequence of the use of fossil-based fuels, the earth is facing problems such as global warming, greenhouse effect and ozone layer depletion. With advances in technology, the tendency to use alternative and renewable energy sources have risen. Electrochromic materials are sources that can change optical properties under electrical voltage reversibly. This reversible mechanism that can be observed in electrochromic materials is called electrochromism. 
LiCoO2 is a material that is being used in rechargeable batteries. It is necessary to investigate the areas of use of the thin film form of the LiCoO2 which has a large capacitor feature. How the deposition parameters affect the coloration mechanisms and the electrochromic features needs to be understood in order for LiCoO2 thin films to be used in solid state electrochromic devices. In this study, LiCoO2 thin films have been deposited on glass substrates using RF magnetron sputtering technique. The effects of the heat of the substrates, the plasma power, partial oxygen pressure and film thickness on the electrochromic and optical properties of the deposited LiCoO2 thin films have been investigated. 
In this thesis, the efficiencies of optical modulation and coloration of the samples that show optical coloration have been calculated. The structural properties have been determined by X-ray diffraction and atomic force microscopy. The surface images have been taken by scanning electron microscope. While the electrochromic analysis of the samples were being performed, voltage and time dependent current cyclic voltammetry and cronoamperometry measurements have been performed. By calculating and taking into account the areas below the cronoamperometry curves, the amount of the ions that intercalated and deintercalted have been calculated. 
While the LiCoO2 thin films that have been deposited for this have shown weak electrochromical coloration, due to the ion intercalation and deintercalation capacities observed during electrochemical processes, it has been forseen that they can be used as an ion conducting layer.

Key Words: LiCoO2 thin films, RF magnetron sputtering, elektrochromism, coloration efficiency, optical modulation