Pt katkılı SnO2 nanoyapılarının büyütülmesi ve gaz sensörü geliştirilmesi
Growth of Pt doped SnO2 nanostructures and development of gas sensor
Yazar: BURAK KORKMAZ
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Gaz sensörü = Gas sersor

Özet:
Bu tez çalışmasında, RF magnetron püskürtme tekniği ile farklı güç değerlerinde n-tipi silikon (Si) ve cam alttaşlar üzerine Pt katkılı SnO2 ince filmler biriktirildi. Üretilen ince filmler sırasıyla, CTS110, CTS111 ve CTS112 olarak isimlendirildi. n-tipi Si ve cam alttaşlar üzerine biriktirilen Pt katkılı SnO2 ince filmlerin, yapısal, morfolojik, optik özellikleri incelendi. İnce filmlerin yapısal analizleri x-ışını kırınımı cihazı ile ölçüldü. n-tipi Si üzerine biriktirilen filmlerin amorf yapıda olduğu görüldü. Filmlerin yüzey analizleri Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) ölçümleri ile belirlendi ve filmlerin yüzey pürüzlülük değerleri hesaplandı. Cam alttaşlar üzerine biriktirilen Pt katkılı SnO2 numunelerin optik geçirgenlikleri UV-Vis spektrometre ile analiz ölçüldü. Geliştirilen ince filmlerin, CTS110, CTS111 ve CTS112, optik soğurma spektrumundan yasak enerji aralığı değerleri sırasıyla, 3,87 eV, 3,76 eV ve 3,71 eV olarak hesaplandı. Bu değerlerin literatür değerleri ile uyumlu olduğu görüldü. Üretilen ince filmlerden, CTS111 ve CTS112 numunelerinden, Pt katkılı SnO2 bazlı gaz sensörü geliştirilerek, sensörün bütan gazına duyarlılığı ölçüldü.  5 mm x 5 mm boyutunda Al2O3 alttaşlar üzerine fotolitografik teknikle, arka yüzeyine Pt hedef ile RF püskürtme tekniği yardımıyla 1000 nm kalınlıkta ısıtıcı fabrikasyonu yapıldı. Ön yüzeyine ise 500 nm kalınlığında, 50 µm çizgi genişliğinde Pt interdijital elektrotlar oluşturuldu. Elektrotların üzerine 100 nm kalınlıklı Pt katkılı SnO2 filmleri kaplanarak sensörlerin üretimi gerçekleştirildi. 100 ºC ve 300 ºC çalışma sıcaklığında bütan gazı altında sensörlerin gaz algılama özellikleri incelendi. Elde edilen duyarlılık ve tepki süreleri değerlendirildiğinde, üretilen Pt katkılı SnO2 gaz sensörlerinin, uygulamada kullanılabilir olduğu görüldü.

Abstract:
In this thesis, Pt doped SnO2 thin films were deposited onto n-type silicon (Si) and glass substrates at different powers by using RF magnetron sputtering technique. The thin films deposited were named CTS110, CTS111 and CTS112, respectively. Structural, morphological and optical properties of Pt doped SnO2 thin films deposited on n-type Si and glass substrates were investigated. Structural analyzes of thin films were carried out by using XRD measurements. The films deposited on n-type Si were found to be amorphous. Surface analyzes of the films were determined by Atomic Force Microscopy (AFM) measurements and surface roughness of the films were calculated. The optical properties of Pt doped SnO2 thin films, CTS110, CTS111 and CTS112, deposited on glass substrates were analyzed by UV-Vis spectrometer. Bandgap energies of the films were calculated from optical absorption spectra as 3,87 eV, 3,76 eV and 3,71 eV, respectively. These values were found to be consistent with the literature values. Pt-doped SnO2 gas sensors were fabricated by photolithographic technique on 5 mm x 5 mm Al2O3 substrates as follows: Firstly, a heater having 1000 nm thickness on the rear side of the substrate was produced with RF sputtered of Pt. Secondly, interdigital electrodes with 500 nm thickness and 50 µm line width were deposited on the front surface of the substrate. After that, the sensors were produced by coating 100 nm Pt doped SnO2 films on the electrodes. Gas sensing properties of the sensors under butane gas at 100 ºC and 300 ºC operating temperature were examined. As a result of the sensitivitiy and response times obtained, SnO2 gas sensors with Pt doped were found to be usable in application area.