Modifiye edilen EC-ALE (elektrokimyasal atomik tabaka epitaksi) yöntemi ile aynı çözeltiden ZnS'ün sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of compound ZnS thin films from same solution by modified ecale method
Yazar: İBRAHİM YASİN ERDOĞAN
Danışman: PROF.DR. ÜMİT DEMİR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Çinko sülfür (ZnS), ışık saçıcı diyotlar, elektrolüminesans ekranlar, tabakalı dielektrik filtreleri ve optiksel faz modülasyon sistemlerindeki uygulamalarda kullanılan geniş bant aralığı (band-gap) enerjisine sahip bir yarıiletkendir. Son yıllarda elektrokimyasal atomik tabaka epitaksi (EC-ALE) yöntemi ile II-VI bileşik yarıiletken ince filmlerinin sentezlenebileceği gösterildi. Tabaka tabaka büyüme temeline dayanan EC-ALE'de potansiyel altı depozisyon (UPD), bir bileşik yarıiletkenin her bir elementinin ardışık atomik tabakalarını oluşturmak için kullanılır. Bu metotta ayrı çözeltiler ve potansiyeller, elektrokimyasal olarak her bir elementin atomik tabakalarını oluşturmak için kullanılır. Bu tekniğin sahip olduğu problemler ise, her bir elementin UPD depozisyonundan sonra elektrotun yıkanmasının gerekli olması nedeniyle potansiyel kontrolünün kaybı, depozitin yeniden üretilememesi, çözelti ve zaman kaybıdır. Biz, bileşik yarıiletkenin tabaka tabaka büyümesine yönlendiren Zn ve S'ün UPD bölgesinde ZnEDTA2" ve HS"'i içeren aynı çözeltiden çinko ve sülfürün birlikte depozisyonuna (kodepozisyonuna) dayanan yeni bir elektrokimyasal yöntem geliştirdik. ZnS ince filmler, EDTA (etilendiamintetraasetik asit) ile kompleksleştirilen çinko ve Na2S içeren sulu çözeltiden Au(lll) substrat üzerine potansiyel kontrollü olarak elektrodepozit edildi. Dönüşümlü voltametri uygun birlikte depozisyon potansiyel bölgesini bulmak için kullanıldı. Depozisyonlar çeşitli katodik potansiyellerde gerçekleştirildi. ZnS ince filmlerin yapısal ve optiksel karakterizasyonu X-ışını kırınımı (XRD), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), UV-VIS spektrofotometre ve lüminesans spektroskopi teknikleri kullanılarak gerçekleştirildi. X-ışını kırınımı (XRD) ve atomic kuvvet mikroskobu (AFM) verileri yüksek kalitede kristal yapışma sahip kübik ZnS filmlerinin, Au(l 11) yüzeyinde epitaksiyel olarak (111) yönleniminde depozit olduğunu gösterdi. ZnS nanokristallerinin optiksel absorpsiyon spektrumu, çinko sülfürün elektrodepizyon zamanı değiştirilerek alındı. Elektrodepozisyon süresi 12 saatten 2 saate düşürüldüğünde ZnS'ün bant aralığı enerjisinin bulk değeri olan 3,63 eV'dan 4,00 eV'a kaydığı gözlendi. 2004, 96 sayfa Anahtar Kelimeler: Elektrodepozisyon, çinko sülfür, ince film, kodepozisyon, kuantum alan etkisi.

Abstract:
Zinc sulfide is a wide bandgap material that is used in the applications of light emitting diodes, electroluminescent displays, multilayer dielectric filters and optical phase modulation systems. Recently, it has been shown that it is possible to electrodeposit thin films of II-VI compound semiconductors by the electrochemical atomic layer epitaxy (EC- ALE), UPD based on layer by layer growth. The underpotential deposition was used to form the sequential atomic layers of each' element of a compound semiconductor. Separate solutions and potentials are used to deposit atomic layers of each element electrochemically in a cycle in this method. The problems with this technique are that electrode is required to be rinsed after each UPD deposition that may result in lost of potential control, reproducibility problem of deposit and waste of time and solution. We have developed a new electrochemical deposition route which based on co-deposition Zn and S from the same solution containing ZnEDTA2" and HS" at the upd of Zn and S, which promotes atom by atom growth of a compound semiconductor. ZnS thin films have been electrodeposited potentiostatically on Au(l 1 1) from aqueous solutions containing zinc complexed with EDTA (ethylendiaminetetraacetic acid) and Na2S. Cylic voltammetry was used for finding the appropriate co-deposition potential range. Depositions were carried out for various cathodic potentials. The structural and optical characterizations of ZnS thin films have been carried out using X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), UV-VIS spectroscopy and photoluminescence spectroscopy techniques. Observations of the X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscopy (AFM) revealed that a cubic ZnS film having good crystallinity was epitaxially deposited in the (111) direction on the Au(lll) facet. The optical absorption spectra' of nanocrsytalline ZnS were taken by varying the ZnS electrodeposition time. The band gap of ZnS is observed to shift from its bulk value of 3,63 to 4,00 eV for electrodeposition time from 12 to 2 hours. 2004, 96 page Keywords : Electrodeposition, zinc sulphide, thin Films, co-deposition, quantum size effect.