Hidrotermal yöntemle büyütülen CuO ince filmlerde sentez süresi ve sıcaklığının filmlerin yapısal ve optik özellikleri üzerine etkisi

Abstract

Bu tez çalışmasında, CuO ince filmler florin katkılı kalay oksit (FTO) altlıklar üzerine, hidrotermal yöntem kullanılarak, farklı sentez süresi ve sıcaklıklarda büyütüldü. Sentez süresi ve sıcaklığının filmlerin yapısal ve optik özellikleri üzerine etkisi X-ışını difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını analizi (EDAX) ve optik soğurma ölçümleri kullanılarak incelendi. XRD sonuçları tüm filmlerin polikristal bir doğaya ve monoklinik yapıya sahip olduğunu, artan sentez süresi ve sıcaklığının filmlerdeki kristalleşmeyi arttırdığını gösterdi. SEM görüntüleri filmlerin yüzeyinde, denizkestanesine benzer küresel yapıların bir araya gelip yığılmasıyla oluşmuş adacıkların varlığını ortaya koydu. Ayrıca bu görüntülerden artan sentez süresi ve sıcaklığının bu yığılma miktarını da arttırdığı tespit edildi. Tüm filmlerde Cu ve O elementlerinin varlığı EDAX ölçümlerinden belirlendi. Bunun yanı sıra, elde edilen EDAX spektrumlarından, Cu/O oranının 1,18-0,93 aralığında olduğu hesaplandı. Tüm EDAX spektrumlarında görülen Sn elementine ait küçük pikler, FTO altlık malzemeye bağlandı. Oda sıcaklığında gerçekleştirilen optik soğurma ölçümleri, tüm filmlerin direkt geçişe ve 1,30-1,50 eV aralığında yasak enerji aralığına sahip olduğunu gösterdi. Her ne kadar, artan sentez süresi filmlerin yasak enerji aralığı değerlerinde bir miktar azamaya neden olsa da, artan sentez sıcaklığı filmlerin yasak enerji aralığında belirgin bir değişime neden olmadı.

In this study, CuO thin films were deposited on fluorine doped tin oxide (FTO) substrates at different synthesis time and temperature by hydrothermal method. The influences of synthesis time and temperature on the structural and optical properties of the films were investigated, via X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray analysis (EDAX), and optical absorption measurements. XRD results showed that all films were polycrystalline nature with monoclinic structure and the crystallinity was improved with increasing synthesis time and temperature. SEM images revealed existence of the islands, which were formed agglomeration of number of urchin like spherical structures, on the surface of the films. It was also seen from the images that amount of agglomeration increased with increasing synthesis time and temperature. EDAX measurements indicated the presence of Cu and O elements in all the films. Cu / O ratio was also calculated and found to be in the range of 1,18-0,93 from the obtained EDAX spectra. The minor peaks of Sn which was seen all the EDAX spectra were due to the FTO substrates. Room temperature optical absorption studies showed that all the films have direct transitions with band gap energies between 1,30-1,50 eV. Although increasing synthesis time caused to decrease band gap energy, increasing synthesis temperature did not cause a significant change.