ZnO nanomalzemelerde oluşan kusurların optik, manyetik ve elektriksel özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of defects in ZnO nanomaterials on their optical, magnetic and electrical properties
Yazar: YUSUF KANDİL
Danışman: DOÇ. DR. ADİL GÜLER ; DOÇ. DR. CİHAT BOYRAZ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Son yıllardaki teknolojik ilerlemere paralel olarak geçen yüzyılın ikinci yarısı yarı iletken elektronik çağı olarak isimlendirilir. Bu çağda, teknolojik ilerlemere bağlı olarak insanlık, yaşam kalitesi ve gereksinimleri bakımından önemli değişiklikler gerçekleşmiştir. İlk ticari transistörlerden, bu günkü birçok elektronik aygıtlara bilgisayarlar ve elektronik cihazlar, elektrik yüklerinin iletkenlik özelliği temel alınarak tasarlanmıştır. Fakat son senelerde micro-elektronik cihazların geliştirilmesinde aynı çipler bilgiyi hem kullanmak hem de kaydetmek gibi işlevlerde, elektronların spinlerinin karakteristik özelliği daha fazla kullanılmaya başlanmıştır. Daha sonraki senelerde, iletim elektronlarının spini dikkate alınarak yeni elektronik devre elemanları tasarlamak için çalışmalar yoğunlaştı. Bu tür yeni cihazların elektronik devrelerdeki işlevleri üzerine çalıştırmalar başladı. Yarı iletkenlerde 2 düzeyli spin durumlarının enerjileri hemen hemen eşittir. Bu sebeple, manyetik-kaydedici olarak kullan spin serbestlik derecesi yarı iletken cihazlarda  uzun süre pek kullanılmadı. Bununla beraber, son yıllarda yarıiletken cihaz teknolojisindeki gelişmeler sayesinde, yarı iletkenlerdeki serbest elektronların spin derecelerinin kontrolü ve bu kontrolün elektronik devre elemanlarında kullanılmasına imkan verdi. Bu sebeple, yarı iletken cihaz teknolojisinde arzu edilen yoğunluk ve hızda bütünleşmiş devreler yapmak için karşılaşılan zorluklar azalmaya başlamadı. Bundan önceki çalışmalarda pek dikkat edilmeyen taşıyıcı yükleri arasındaki değiş-tokuş (exchange)  etkileşimleri, bu araştırmalar için dikkate alınmalıdır. Spintronik ile ilgili teknolojik ve bilimsel araştırmalar, yarı iletkenlerdeki spine bağlı etkileşimleri dikkate alan devre elemanlarıyla çalışmamızın kaçınılmaz olduğunu göstermektedir.
Yarı iletken-elektronik devrelerin kalitesi, yarı iletkendeki elektronların serbestlik derecesine bağlıdır. Lazer ve transitörlerde kullanılan Si, Ge ve GaAs gibi yarı iletkenlerin başarısı elektron spin bakımından tamamıyla bağımsız ve manyetik olmamalarından kaynaklanır. Bu maddelerin aksine, manyetik özelliğe sahip yarı iletkenler hem manyetik malzemelerin özelliklerine hem de yarı iletkenlerin  karakteristik fiziksel özelliklerine sahiptirler. Son zamanlarda, geçiş metali katkılı ZnO, gelecek vaat eden DMS adaylarından biridir. Hem deneysel hem de teorik olarak çok sayıda ilham verici çalışmalar olmasına rağmen, çok sayıda fiziksel özelliği daha fazla araştırılmalıdır.
Bu tez çalışmasında yarıiletken Çinko Oksit içerisine Cu-Eu, element çiftleri belirli oranlarda katkılanarak elde edilen saf olmayan kristal yapılardan elde edilen partiküllerin kusurların, yapısal morfolojik ve manyetik alanın etkileri incelendi.
Üzerinde çalışma yaptığımız çinko asetat dihadrat (ZnAc) metanolde (MetOH) çözüldükten sonra Cu-Eu, element çiftlerinden farklı oranlarda toplam 6 tane farklı solüyon hazırlandı. 450°C 10 dk, ardından 600°C 30 dk süreyle ısıl işleme tabi tutularak elde edilen kristaller, partikül haline getirilerek bu partikülleri üzerinde oluşan kusurların optik, manyetik ve elektrik sel özelliklerine etkisi incelendi.

Abstract:
Considering the technological developments in recent years, the second half of the twentieth century can be called the age of microelectronics. In this era, due to advanced developments, humanity has witnessed a radical change in terms of quality of life and needs. Since the first commercial transistor, the conductivity of electrical charges has been used to transmit information and effects in many electronic devices today. However, until recent years, despite the development of micro-electronic devices, their functionality such as being able to both process and store information on the same chip and the characteristic feature of electrons known as spin have not been taken into consideration. In later years, efforts began to design new electronic circuit parts that took the spin of conduction electrons into account. Research has begun on the benefits of such new designs in electronic circuits. In semiconductors, the energies of two-level spin states are almost equal. Therefore, spin degrees of freedom used as magnetic-registers were ignored in semiconductor technology for a long time. However, due to recent developments in semiconductor technology, it is possible to control the spin degree of free electrons in semiconductors and use its effect in electronic circuit elements. Therefore, the difficulties encountered in semiconductor technology to make integrated circuits at the desired density and speed have gradually decreased. Exchange interactions between carrier charges, which were ignored in previous technologies, should be taken into account in these studies. Technological and scientific research on spintronics shows that it is inevitable for us to work with circuit elements that take into account spin-dependent interactions in semiconductors.
The success of semiconductor-electronic circuits depends on the degrees of freedom of electrons in the semiconductor. Semiconductors such as Si, Ge and GaAs are non-magnetic semiconductors used in lasers and transistors and carry energy completely independent of spin direction. In contrast to all this, magnetic semiconductors have both the properties of magnetic materials and the properties of semiconductors. Recently, transition metal-doped ZnO is one of the promising DMS candidates. Although it has many inspiring results both theoretically and experimentally, its numerous physical properties remain to be further investigated.
In this thesis study, the effect of defects on the optical transmittance, magnetic and electrical conductivity performance of particles obtained from impure crystal structures obtained by  doping Cu-Eu, element pairs in certain proportions into semiconductor Zinc Oxide was examined.
After the zinc acetate dihydrate (ZnAc) used as the starting material was dissolved in methanol (MetOH), a total of 6 different solutions were prepared from Cu-Eu element pairs in different ratios. The crystals obtained by heat treatment at 450°C for 10 minutes and then at 600°C for 30 minutes were turned into particles and the effects of the defects formed on these particles on their optical, magnetic and electrical properties were examined.