Sol-jel yöntemiyle büyütülen ZnO ince filmlerinin optik, yapısal ve morfolojik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Katkılı ve katkısız ZnO ince filmler, sol-jel döndürme kaplama tekniği ile cam altlıklar üzerine büyütüldü ve bazı katkı (F, In ve Mn) elementlerinin, filmlerin optik, yapısal ve morfolojik özellikleri üzerine etkileri incelendi. XRD sonuçlarından filmlerin hekzagonal yapıda c-ekseni yönelimine sahip olduğu gözlemlendi. İlk kısımda, farklı molariteli olarak büyütülen katkısız ZnO filmlerin yapısal ve optik özellikleri incelendi ve Urbach kuralı uygulandı. Soğurma ölçümleri ve diklik parametresi hesaplamaları, 10-320 K aralığında 10 K'lik adımlarla sıcaklığın fonksiyonu olarak çalışıldı. Urbach ekstrapolasyon eğrilerinin 0.5 ve 1.0 molar ZnO filmleri için sırasıyla (E0, ?0) = 3.65 eV, 172.819 cm-1 and 3.70 eV, 653.436 cm-1 değerlerinde birleştikleri belirlendi. İkinci kısımda, molaritenin kristallerin tanecik boyutuna ve yüzey pürüzlülüğüne etkisi incelendi. Molarite değişiminin ZnO'nun tanecik boyutunu, yasak enerji aralığını ve yüzey pürüzlülüğünü etkilediği belirlendi. Son olarak Mn ve F/In ikili katkılamanın ZnO filmlerin yapısal, optiksel ve morfolojik özellikleri üzerine etkisi incelendi. Optik soğurma değerleri, 405 nm dalgaboyunda, katkısız ZnO için %82 ve 0.25, 0.50 ve 0.75 mol katkı değerleri için sırasıyla %80, %78 ve %75 olarak bulundu.

Undoped and doped ZnO films were synthesized onto glass substrate by sol-gel spin coating technique and the effects of dopants on the structural, morphological and optical properties of films were investigated. The XRD results indicated that ZnO films were strongly oriented to the c-axis of the hexagonal nature. In the first part, the structural and optical properties of undoped ZnO thin films grown under different molarity were investigated and Urbach Rule was applied. Absorption measurements and steepness parameter calculations were carried out as a function of temperature with 10 K steps in the range 10?320 K. The extrapolations of Urbach plots converged at (E0, ?0) = 3.65 eV, 172.819 cm-1 and 3.70 eV, 653.436 cm-1 for 0.5 and 1.0 molarity ZnO thin films, respectively. In the second part, the effects of molarity onto the grain size and surface roughness of crystals were investigated. It was concluded that the molarity had affected the grain sizes, band gap and surface roughnesses. In the third part, Mn doping and F/In co?doping effects on structural, optical and morphological properties of ZnO films were investigated. The optical transmission values were found to be 82% for undoped ZnO and 80%, 78% and 75% for the Mn doped ZnO with 0.25, 0.50 and 0.75 mole %, respectively, at the wavelength of 405 nm.