Sol-jel spin kaplama metodu ile büyütülen ZnO ve ZnO:Fe ince filmlerin yapısal ve yüzeysel özellikleri

Abstract

Katkısız ZnO ve ZnO:Fe ince filmeler, Fe (%2, %4, %6, %8 ve %10) farklı oranlarında sol-jel spin coating metodu kullanılarak hazırlandı. Bu çalışmada Fe katkısının ZnO ince filmlerin yapısal, yüzeysel ve optik özelliklerine etkileri araştırılmıştır.X-ışını difraksiyon deseni sonuçlarından filmlerin hegzagonal yapıda c-ekseni yönelimine sahip olduğu ve artan Fe katkısı ile kristal kalitesinin azaldığı görülür. AFM ölçümleri ZnO ince filmlerin yüzey morfolojisi ve yüzey pürüzlülüğü hakkında bilgi vermiştir. Filmlerin yüzeyi homojen ve tekdüze bir dağılıma sahiptir ve artan demir katkısı ile tanecik büyüklüğü azalma eğilimindedir. Yasak enerji aralığı değerleri 10-320K aralığında 10K adımlarla sıcaklığın bir fonksiyonu olarak hesaplandı. Hesaplanan yasak enerji aralığı değerleri katkısız ve %6 Fe katkılı ZnO ince filmler için sırasıysa 3.26-3.20 eV olarak belirlendi. UV-VIS soğurma ölçümleri artan Fe katkısı ile yasak enerji aralığının azaldığını belirlemiştir.

Undoped ZnO and ZnO:Fe thin films with different Fe (%2, %4, %6, %8 ve %10) content were prepared by sol-gel spin coating method. In this study, the influence of Fe doping on the structural, surface and optical properties of ZnO thin films was investigated. X-ray diffraction patterns showed that films were oriented to the c-axis of the hexagonal structure along the growth direction and the quality of crystal deteriorated with the increase in Fe-dopant concentration. Scanning AFM measurements have given information about the surface morphology and surface roughness of ZnO thin films. The surfaces of the films had a homogeneous and uniform distribution and the grain sizes tend to decrease with the Fe-doping concentration increase. Bang-gap values were calculated from abssoprtion measurments as a function of temperature with 10 K steps in the range 10–320 K. The calculated band-gap values were obtained as 3.26 eV for undoped, and as 3.20 eV for 6% Fe-dopant ZnO films, respectively. UV-VIS absorption measurements indicated a reduction in band gap values of the films with Fe content increase.