ZnO/CuO kompozit ince filmlerin optoelektronik peformansının iyileştirilmesi: Mn katkısının etkisi
Optoelectronical performance improvement of ZnO/CuO composite thin films: influence of Mn doping
Yazar: HAMZA SAFDAR
Danışman: DOÇ. DR. RAŞİT AYDIN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışması, geçiş metali olarak manganezin (Mn) nanoyapılı ZnO/CuO filmlerin morfolojik, yapısal, optik, elektriksel ve optoelektronik özellikleri üzerindeki etkisini değerlendirmek amacıyla yapılmıştır. Bu özellikleri analiz etmek için farklı Mn konsantrasyonları (1 ve %2 M) kullanılmıştır. Bu çalışmada, basit ardışık iyonik tabaka adsorpsiyon ve reaksiyon (SILAR) prosedürünü kullanarak nanokompozit katkısız ZnO/CuO ve Mn katkılı ZnO/CuO (Mn: ZnO/CuO) oksit filmlerinin sentezi gerçekleşirilmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) resimleri, ZnO/CuO nanokompozitlerinin yüzey yapısının Mn2+ iyon ikamesi ile etkili bir şekilde değiştiğini ortaya koymuştur. Enerji dağılımlı X-ışını analizi (EDX), sentezlenen nanofilmlerde Zn, Cu, O ve Mn elementlerinin varlığını doğrulamıştır. Artan Mn2+ konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak filmlerin kalınlığı 1.65'ten 1.23 μm'ye düşmüştür. X-ışını kırınımı (XRD) deseni, sentezlenen ZnO/CuO nanokompozitinin polikristal yapıda olduğunu ve kristalit boyutunun artan Mn2+ iyon konsantrasyonları ile 40.16 nm'den 34.14 nm'ye düştüğünü ortaya koymuştur. Optik bant aralığı enerjisi değerleri Tauc'un grafiği kullanılarak bulunmuş ve bu değerler 2.37 ila 2.56 eV arasında değişmiştir. Maksimum ortalama geçirgenlik (%30), %2 Mn2+ konsantrasyonu için elde edilmiştir. ZnO/CuO kompozit filmlerin elektriksel ölçümü, 300 K ile 400 K arasında sıcaklığa bağlı olarak tabaka direncinin (R_s) 1.01 ile 0.41 (x108 Ω/sq.) arasında değiştiğini göstermiştir. Bu çalışmada gözlemlenen en büyük başarım ölçüsü rakamı 4.69 × 10−8 Ω−1 dir. Sonuçlar, Mn katkılamanın SILAR ile kaplanmış ZnO/CuO filmlerin fiziksel özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir.

Abstract:
This thesis study was done aiming to evaluate the impression of manganese (Mn) as a transition metal on the morphological, structural, optical, electrical, and optoelectronic features of nanostructured ZnO/CuO films. Various Mn percentages (1 and 2 M%) were used to analyze these chracteristics. In the present study, we have been realized the synthesis of nanocomposite ZnO/CuO and Mn-doped ZnO/CuO (Mn: ZnO/CuO) oxide films by using simple successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) process. Scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscope (AFM) photos reveal that the surface structure of ZnO/CuO nanocomposites was effectively modified by Mn2+ ion substitution. Energy-dispersive X-ray analysis (EDX) confirms the presence of Zn, Cu, O, and Mn elements in the obtained nanosamples. The film thickness had reduced from 1.65 to 1.23 µm as a function of raising Mn2+ content. The X-ray diffraction (XRD) pattern disclosed that the prepared ZnO/CuO nanocomposite was polycrystalline and the crystallite size diminishes from 40.16 to 34.14 nm with augmenting Mn2+ ion percentages. The optical bandgap energy was computed using Tauc's graph and it varied from 2.37 to 2.56 eV. A maximum mean transmittance (30 %) was procured for 2M% Mn2+ content. Electrical measurement of the ZnO/CuO composite films displays sheet resistance (R_s) tune between 1.01 and 0.41 (x〖10〗^8   Ω⁄(sq.)) depending on temperature from 300 K to 400 K. The maximal figure of merit was found in this work was 4.69×10−8 Ω−1. The results have shown that Mn-doping has a significant effect on the physical properties of SILAR-prepared ZnO/CuO films.