ZnO`nun seyreltilmiş manyetik yarıiletken olarak elektrokimyasal yöntemle büyütülmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Çalışmamızda son yıllarda sıkça kullanılan ZnO yarıiletkeni, elektrokimyasal yöntemle uygun şartlarda ve manyetik özellik kazandırabilecek 3d geçiş metallerinden Fe, Ni, Co ve Mn elementleri ile %1 ve %10 arasında katkılanıp seyreltilmiş manyetik yarıiletken(DMS) olarak büyütülmüştür. İndiyum kalay oksit (ITO) taban malzemesi üzerine dimetilsülfoksit (DMSO) çözücüsü içerisine 0,1 M LiClO4 ve 0,05 M Zn(ClO4)2 tuzları ile 0,015 M FeCl2, NiCl2, CoCl2 ve MnCl2 tuzları ilave edilerek 130°C?de farklı sürelerde büyütme gerçekleştirilmiştir. Numunelerin soğurma ölçümleri alınmış ve bu sayede yarıiletkenin katkılama oranına bağlı olarak bant aralığında önemli değişimler olmadığı gözlenmiştir. Büyütülen numunelerin fotolüminesans (PL) ölçümleri alınmışve yarıiletkenlerin içyapısı (kusur seviyeleri, bant seviyeleri vs.) hakkında bilgi sahibi olunmuştur. %5 oranda katkılanmış numunelerin X-Işını Kırınımı (XRD) ölçümleri alınmıştır. Numunelerin (002) yönelimde büyüme gerçekleştirdikleri belirlenmiştir ve atomik kuvvet mikroskopu (AFM) yardımı ile yüzey morfolojisi tespit edilmiştir. Numunelerin manyetodirenç (MR) ölçümleri alınmıştır. Bu ölçümler sonucunda büyütülen filmlerin manyetik özellik kazandığı ve manyetik alana bağlı negatif MRözelliği gösterdiği tespit edilmiştir. Numunelerin hepsinin DMS özelliği sergilediği kanıtlanmıştır. Yine %5 oranda katkılanan numunelerin Hall ölçümü alındı ve yarıiletken içerisindeki çoğunluk taşıyıcılarının cinsine bağlı olarak yarıiletkenlerintiplerinin Fe ve Co katkılı olanların n-tipi, Ni ve Mn katkılı olanların p-tipi olduğu gözlenmiştir.Anahtar Kelimeler: ZnO, elektrokimyasal yöntem, DMS, PL, XRD, AFM, MR, Hall ölçümü.

In this study, commonly used semiconductor ZnO, has been grown by electrochemical method under suitable conditions doped with 3d of transition metals of Fe, Ni, Co and Mn as diluted magnetic semiconductor in the rate of %1 to %10. Indium tin oxide (ITO) was used as substrate. Solution was prepared by adding 0,1 M LiClO4 and 0,05 M Zn(ClO4)2with 0,015 M FeCl2, NiCl2, CoCl2 and MnCl2 salt into dimethyl sulfoxide (DMSO) solvent. Samples were grown at 130°C for various times. The doping ratio of the semiconductor depending on the bandgap was determined by using absorption studies. The results showed no significant changes on bandgap value. The photoluminescence (PL) measurements of the grown samples were taken and the internal structure of the semiconductor (defect levels, band levels, etc.) was defined.XRay Diffraction (XRD) measurements of the doped samples at a rate of 5% were taken. It was realized that the samples grew at (002) orientation. Morphological investigations of %5 doped ZnO films were performed by using atomic force microscopy (AFM). Hall measurements on the samples doped at a rate of 5% were taken and it was observed that types of semiconductors doped with Fe and Co were n-type and the ones doped with Ni and Mn were p-type. The specific resistance measurements of all the samples against magnetic field were taken. It was observed that grown films gained magnetic properties and indicated negative MR properties depending on magnetic field. Thus, it has been proved that all of the samples have DMS property. Keywords: ZnO, electrochemical method, DMS, PL, XRD, AFM, MR, Hallmeasurement.