SILAR yöntemiyle katkılı ve katkısız Mn_3 O_4 yarıiletken ince filmlerin büyütülmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, bakır (Cu) ve çinko (Zn) katkılı ve katkısız Mn3O4 ince filmleri cam alt tabaka üzerine ardışık iyonik tabaka adsorpsiyonu ve reaksiyonu (SILAR) yöntemi kullanılarak oda sıcaklığında büyütülmüştür. Cu ve Zn katkıları ayrı ayrı yüzdesel olarak % 0,1, % 0,2 ve % 0,3 oranlarında Mn3O4 ince filmine katkılanmıştır. Bu ince filmlerin optik, yapısal, morfolojik ve hidrofilik özellikleri ve etkileri sistematik olarak, UV-Vis spektroskopisi, X-ışını difraksiyonu (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), raman spektroskopisi, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve su temas açısı (WCA) ölçümleri kullanılarak incelenmiştir. UV-Vis spektroskopisiyle alınan ölçümlerde Cu katkılı Mn3O4 ince filmlerinde band aralığı Cu konsantrasyon artışı ile, 2,09 eV'den 1,71 eV'ye düştüğü, Zn katkılı Mn3O4 ince filmlerinde band aralığı Cu konsantrasyon artışı ile, 2,09 eV 'den 1,73 eV'ye düştüğü gözlenmiştir. XRD ölçümleri, Cu katkısından dolayı ince filmlerin kristal boyutlarında artan katkı oranı, ilkönce azaldığını ve sonrasında arttığını, Zn katkısından dolayı ince filmlerin kristal boyutlarında artan katkı oranı ile azaldığını göstermiştir. Aynı zamanda XRD ölçümleri ile ince filmlerin tetragonal Hausmannit yapısına sahip olduğu belirlenmiştir. Raman ölçümleri Cu ve Zn katkılı ve katkısız Mn3O4 ince filmlerinin Hausmannite yapıda olduğunu göstermiştir. SEM ölçümleri katkısız Mn3O4 ince filmlerinin yüzey morfolojilerinin Cu ve Zn katkısı ile önemli ölçüde değiştiğini göstermiştir. SEM ölçümleri Zn katkılı Mn3O4 ince filmlerin süperkapasitör uygulamaları için önemli bir yapı olan nanoduvar yapıda olduğunu göstermiştir. WCA ölçümleri ise, tüm ince filmlerin hidrofilik olduğunu gösterilmiştir.

In this study, copper (Cu) and zinc (Zn) doped undoped Mn3O4 thin films were grown on the glass substrate using by SILAR method at room temperature. Cu and Zn dopant were doped in Mn3O4 thin film at 0.1%, 0.2% and 0.3%, separately. The optical, structural, morphological and hydrophilic properties and effects of these thin films are systematically investigated by UV-Vis spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), raman spectrometry, scanning electron microscopy (SEM) and water contact angle (WCA) measurements. It is observed that the band gap of Cu-doped Mn3O4 thin films decreased from 2.09 eV to 1.71 eV with the increase in Cu dopant concentration and the band gap of Zn-doped Mn3O4 thin films decreased from 2.09 eV to 1.73 eV with Zn dopant concentration by UV-Vis spectroscopy measurement. XRD measurements showed that the crystal sizes of Cu-doped thin films firstly decreased and then increased with increasing Cu doping rate and the crystal sizes of Zn-doped thin films the decreased with increasing Zn doping rate. At the same time, it has been found that thin films have tetragonal Hausmannit structure with XRD measurements. Raman measurements showed that Cu and Zn doped and undoped Mn3O4 thin films have Hausmannite structure. SEM measurements showed that the surface morphology of undoped Mn3O4 thin films changed significantly with Cu and Zn dopant. The SEM images of thin films showed that the thin films have nanowall structure which are important structures for supercapacitor applications. WCA measurements showed that all thin films are a hydrophilic.