Metal katkılı TiO2 ince filmlerin geliştirilmesi ve sensör uygulamaları
Development of metal doped TiO2 thin films and sensor applications
Yazar: BUSE CÖMERT SERTEL
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, TiO2 ince filmlerin üretilmesi ve geliştirilebilirliği ile sensör algılama performansının arttırılması hedeflenmiştir. Bu kapsamda propan gazını tespit etme yeteneğine sahip gaz sensörü geliştirmek amacı ile aktif katman olarak tasarlanan katkılı TiO2 ince filmlerinin üretimi ve optimize çalışmaları eş-püskürtme sistemi kullanılarak gerçekleştirildi. Mg katkılı TiO2 ince filmleri n-Si ve cam alttaşlar üzerine eş-püskürtme tekniği ile farklı iki hedef malzeme eş zamanlı kullanılarak elde edildi. Bu teknikle farklı alttaş sıcaklıklarına sahip Mg:TiO2 ince filmleri n-Si ve cam alttaşlar üzerine kaplandı. Tez kapsamında elde edilen Mg katkılı TiO2 ince filmlere yapılan yoğun Ar-Ge çalışmalarının yanı sıra eş-püskürtme yöntemi ile farklı konsantrasyonlarda Cr katkılama yapılarak Cr:TiO2 ince film kaplamaları da başarıyla gerçekleştirildi. Üretilen Mg:TiO2 ve Cr:TiO2 ince filmlerinin yapısal, morfolojik ve optik özellikleri araştırıldı. Gaz sensörleri, 5x5 mm2'lik aktif alana sahip olacak şekilde interdijital elektrot tasarımıyla üretildi. Kristal kalitesi yüksek ve düzgün morfolojiye sahip Mg:TiO2 ve Cr:TiO2 ince filmleri interdijital elektrotlar üzerine kaplanarak gaz sensörü prototipleri elde edildi. Tez çalışmasının son aşaması olarak, yüksek duyarlılığa sahip gaz sensörleri için gaz tepkisi, hassasiyet, tepki ve iyileşme süresi gibi önemli sensör parametreleri tartışıldı. Araştırmalar sonucunda, gaz sensörü aktif katmanı olarak geliştirilen Mg ve Cr katkılı TiO2 ince filmlerinin gaz sensörü üretmek için potansiyel bir aday olduğu kanıtlandı. Ayrıca bu tezin, ince film teknolojisine dayalı gaz sensörü geliştirilmesinde, aygıt üretim süreçlerinin optimizasyonu ve gaz sensörü tasarım başarısı ile ülkemiz adına öncü nitelikte olduğu düşünülmektedir.

Abstract:
In this thesis, it is aimed to increase the sensor detection performance with the production and developability of TiO2 thin films. In this context, deposition and optimization of doped TiO2 thin films designed as an active layer, in order to develop a gas sensor against propane gas, were carried out using a co-sputtering system. Mg doped TiO2 thin films were obtained by using two different target materials simultaneously with the co-sputtering technique on n-Si and glass substrates. With this technique, Mg:TiO2 thin films with different substrate temperatures were deposited on n-Si and glass substrates. In addition to hard R&D studies on TiO2 thin films with Mg dopants obtained as part of the thesis, Cr: TiO2 thin film coatings were successfully performed by doping Cr metals in different concentrations by co-sputtering technique. The structural, morphological and optical properties of the deposited Mg:TiO2 and Cr:TiO2 thin films were investigated in detail. Gas sensors were produced with an interdigital electrode design to have an active area of 5x5 mm2. Gas sensor prototypes were obtained using Mg:TiO2 and Cr:TiO2 thin films with high crystal quality and smooth morphology on interdigital electrodes. As the final stage of the thesis study, important sensor parameters such as gas response, sensitivity, response and recovery time for high sensitivity gas sensors were discussed. As a result of the studies, Mg and Cr doped TiO2 thin films developed as the gas sensor active layer proved to be a potential candidate for producing gas sensor. In addition, this thesis is thought to be a pioneer in the development of the gas sensor based on thin film technology with the optimization of device manufacturing processes and the success of gas sensor design.