V2O5 ince filmlerin yapısal, elektriksel ve optik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Geçiş metal oksitleri oldukça elverişli elektriksel, optik, manyetik ve termal özellikler göstermektedir. VxOy şeklinde gösterilen vanadyum oksitleri (VO,VO2,V2O5,.v.b...), metal oksit yarıiletkenler arasında ilginç özellikler gösteren bir malzeme grubudur. Elektrokromik aygıtlar, termal aktivasyonlu optik anahtarlar, termal sensörler, saydam elektriksel iletken malzemeler, lityum piller bu filmlerin uygulama alanları içinde bulunmaktadır. Bu uygulamalar, filmlerin yapısal, elektriksel ve optik özelliklerinin araştırılmasına dayanmaktadır.Bu Yüksek Lisans tez çalışmasında, başlangıç maddesi olarak vanadyum triklorür kullanılmıştır. Katkısız ve kütlece (Ti:V) %2, %5, %10, %15, %20 oranlarında titanyum katkılı vanadyum pentaoksit (V2O5) filmler sol-jel daldırma yöntemiyle hazırlanmıştır. Filmler cam altlıklar üzerine fotolitografi yöntemiyle oluşturulan interdijital transduser yapısı üzerine kaplanmıştır. Filmlerin yapısal özellikleri, X-ışını kırınımı (XRD) tekniği ile araştırılmıştır. Filmlerin d.c ve a.c elektriksel özellikleri sıcaklığa bağlı olarak (295-523 K), vakum ortamında (~3x10-2 mbar) ve karanlıkta incelenmiştir. A.c elektriksel özellikler, 40-105 Hz frekans aralığında incelenmiştir. Filmlerin optik özellikleri, spektrofotometre kullanılarak 250-800 nm dalgaboyu arasındaki soğurma ve geçirgenlik değerleri hava ortamında ölçülmek suretiyle belirlenmiştir.XRD sonuçları, filmlerin kristal yapıda olduğunu göstermiştir. D.c ölçüm sonuçlarından, hazırlanan filmlerin yarıiletken özellik gösterdiği ve aktivasyon enerjilerinin katkı oranı artarken arttığı belirlenmiştir. A.c özelliklerin incelenmesinden, yük iletim mekanizmasının sıcaklığa ve frekans bölgesine bağlı olarak hoplama ve Reider modeliyle açıklanabileceği görülmüştür. Optik özelliklerin incelenmesinden, optik bant aralıklarının, katkı oranı artarken arttığı belirlenmiştir.

Transition metal-oxides exhibit unique electrical, optical, magnetic and thermal properties. Vanadium oxides in VxOy form (VO, VO2, V2O5, etc.) also a class of materials exhibiting lots of interesting properties. There are many application areas such as electrochromic devices, thermally activated optic switches, thermal sensors, transparent conductive materials and lithium batteries. These applications are based on investigation of structural, electrical and optical properties of the films.In this master thesis, vanadium (III) chloride was used as starting materials. Undoped and doped with titanium (wt%, Ti: V, 2%, 5%, 10%, 15%, 20%) vanadium pentoxide (V2O5) films were prepared using sol-gel dipping technique. The films were coated on interdigital transducer which is patterned on glass substrate using photolithography technique. Structural investigations of the films were performed by means of X-ray diffraction method (XRD). D.c and a.c electrical properties of the films were investigated as a function of temperature (295-523 K) in vacuum (~3x10-2 mbar) and in dark environment. A.c electrical properties were performed in the frequency range of 40-105 Hz. Optical properties were determined by means of absorption and transmission measurements between the wavelengths of 250-800 nm in air using spectrophotometer.XRD results revealed that the films were crystal. From d.c electrical measurements, we can say that the films behave as semiconductor and activation energies of the films increase with increasing doping concentration. A.c charge transport mechanism can be explained by hopping and Reider model depending on temperature and frequency region. It was found from optical measurements that, optical band gap of the films increases with increasing doping concentrations.