Ultrasonik kimyasal püskürtme tekniği ile vanadyum katkılı ZnO ince filmlerinin büyütülmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada katkısız ve farklı oranlarda (%3, 6, 9 ve 12) vanadyum (V) katkılı ZnO ince filmler Ultrasonik Kimyasal Tekniği (UKPT) ile 400 ? 5 ? C sıcaklıkta mikroskop cam tabanlar üzerine çöktürülmüştür.Filmlerin yapısal özellikleri X-ışını kırınım tekniği kullanılarak incelenmiş ve bütün filmlerin polikristal yapıda oldukları görülmüştür. XRD desenleri kullanılarak bütün filmlerin yapılanma katsayıları, ortalama tane büyüklükleri, dislokasyon yoğunlukları, örgü sabitleri ve birim hücre hacmi gibi bazı yapısal parametreleri hesaplanmıştır. Atomik kuvvet mikroskobu ve taramalı elektron mikroskobu kullanılarak yapılan incelemelerde filmlerin hemen hemen homojen yüzeye sahip oldukları görülmüştür. Enerji dağılımlı x-ışını spektroskopisi ile katı filmlerin elemental analizleri yapılmıştır. Tüm filmlerin 300?900 nm dalgaboyu aralığında optik geçirgenlik, soğurma ve yansıma spektrumları alınmış ve bu spektrumlardan yararlanılarak filmlerin yasak enerji aralıkları ve Urbach parametreleri gibi bazı optik parametreleri belirlenmiştir.Ortalama %70 civarında optik geçirgenliğe sahip olan filmlerin yasak enerji aralıklarının ~3,28 eV olduğu ve Urbach parametrelerinin ise 66?92 meV aralığında değiştiği tespit edilmiştir. Filmlerin elektriksel iletim mekanizmalarını incelemek için iki uç tekniği kullanılmış ve her bir film için elektriksel iletkenlik değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca sıcak uç tekniği kullanılarak bütün filmlerin n-tipi iletkenlik gösterdikleri belirlenmiştir. Filmlerin manyetik özellikleri titreşimli örnek manyetometresi kullanılarak araştırılmış ve çöktürülen bütün filmlerin oda sıcaklığında ferromanyetik özellik sergiledikleri görülmüştür.Yapılan bütün analizler V katkısının ZnO filmlerin bazı fiziksel özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir.

In this work, undoped and different proportions of vanadium (V) doped ZnO (3, 6, 9 and 12 at. %) thin films were deposited onto microscope glass substrates at 400 ? 5 ? C by using ultrasonic spray pyrolysis technique.Structural properties of the films were examined using x-ray diffraction technique and it was seen that all films have polycrystalline structure. Some structural parameters such as texture coefficient, the average grain size, dislocation density, lattice constant and unit cell volume of all films were calculated by XRD patterns. It was seen that all films have almost homogeneous surface datas obtained by means of atomic force microscope and scanning electron microscope. Elemental analysis of solid films was performed using energy dispersive x-ray spectroscopy.Optical transmittance, absorbance and reflectance spectra of deposited films were taken in the range of 300-900 nm and optical parameters such as optical transmissions, absorption coefficients, energy band gaps and Urbach parameters of the films were determined by using these spectra. As a result of investigations it has been evaluated that all films exhibit optical transmission around 70 at. %, and energy band gaps and Urbach parameters of the films were estimated to be ? 3,28 eV and between 66-92 meV, respectively. Two probe method have been used to examine electrical conduction mechanisms of films and electrical conductivity values were calculated for each film. Also it has been determined that all films have n-type conductivity by using hot probe technique. Magnetic properties of films were investigated by vibration sample magnetometer and it was seen that all deposited films exhibit ferromagnetic behavior at room temperature.All analysis revealed that incorporation of V has a significant effect on several physical properties of undoped ZnO films.