İletken Zn1-xmg0.05alxo İnce Filmlerinin Radyasyon Karşısında Optik Davranışlarının İncelenmesi

Abstract

ZnO radyasyona karşı oldukça direnç gösteren bir malzeme olduğundan, uzay teknolojisindeki malzemler arasında ilgi çekmektedir. Bu nedenle, elektrikçe iletken Zn0.95-xMg0.05AlxO ince filmlerin optik özellikleri üzerinde gama radyasyonunun etkileri incelenmiştir. Bu amaçla, Zn0.95-xMg0.05AlxO ince filmler Cs-137 isotopu karşısında radyasyona maruz bırakılmıştır. Çinko oksite (ZnO) olan ilgi birçok teknolojik uygulamalarda (geçirgen iletken elektrot, görüntüleme cihazları, ışık yayan diyotlar (LED), gaz sensörleri, güneş pilleri, lazer sistemleri) kullanılması sebebiyle hergeçen gün artarak devam etmektedir. ZnO?ya Mg katkılayarak bu uygulamalarda kaydadeğer bir gelişme gözlemlenmiştir. Mg+2?nin 0.58 Å olan iyonik çapı, Zn+2 (0.60 Å)?ninkine oldukça yakın olduğundan, Mg katkısı örgü parametrelerinde kayda değer bir değişikliğe neden olmadığı ve bant aralığının genişlediği gözlenmiştir. ZnO?ya Al(n-tipi katkı) katkılayarak yüksek elektriksel iletkenlik, yakın kızılötesi (infrared) ve görünür bölgede yüksek şeffaflık elde edilmektedir. Bu sebeple çalışmada ZnO yarıiletken Mg ve Al ile katkılanarak ZnMgAlO tipi üçlü geniş bant, şeffaf ve iletken ince filmler sol-jel yöntemi ile geliştirilmiştir. Bu tezin temel hedefi Zn0.95-xMg0.05AlxO ince filmlerin en uygun üretme parametrelerini saptamak, büyütme mekanizmasını anlamak, elektriksel, optiksel ve radyosyona duyarlılığını araştırmaktır. Altlık olarak kullanılan camlar için farklı temizleme koşulları uygulanarak en uygun temizleme koşulu tespit edilmiş ve yüzeyleri mikroskop kullanılarak incelenmiştir. Zn0.95-xMg0.05AlxO tipi üçlü ince filmler, farklı Al katkı oranlarında Sol-jel yöntemi ile daldırarak kaplama (dip-coating) tekniği kullanılarak cam altlık üzerine kaplanmıştır. ZnMgAlO ince filmlerin karakterizasyonu Ayrımsal Isıl Analiz ? Isıl Ağırlıkça Analiz, SEM, EDS ve XRD ile yapıldı. Cam altlık üzerine büyütülen Zn0.95-xMg0.05AlxO filmler yoğun ve homojen bir yapıya sahip oldukları ve poli-kristal filmler oldukları SEM görüntülerinden gözlendi. Zn0.95-xMg0.05AlxO ince filmlerin elektriksel ölçümler için kontak alınabilmesi için film üzerine fiziksel buharlaştırma yöntemi ile interdijital transdüser yapısında kaplamalar yapılarak kontaklar alındı. Elde edilen numunelerin Dc elektriksel özellikleri 300-500K sıcaklık aralığında ve oksijen atmosferinde gözlendi. Akım-voltage (I-V) değerleri Keithley 6517A Electrometer/High Resistancemetre?yle ölçülmüştür. Zn0.95-xMg0.05AlxO ince filmlerin optik özellikleri UV-Vis-NIR spektrometreyle 190 ? 1100 nm arasında ölçülerek yarıiletken band genişliği belirlenmiştir. Band genişliğinin Al katkı oranı artarken arttığı gözlenmiştir.

Since ZnO is a resistive material against radiation, it attracts attention among other materials used in space applications. For this reason, behaviours of electrical conductive Zn0.95-xMg0.05AlxO thin films? againgst to radiation are investigated. For this purpose Zn0.95-xMg0.05AlxO irradiated by Cs-137 isotope Zinc oxide (ZnO) attracting an increasing intense attraction due to its technological applications such as transparent conductive electrodes, displaying deviceds, LED?s, gas sensors, solar cells, laser systems etc. Doping Magnesium (Mg) to ZnO caused a remarkable advance. Since ionic radius of 0.58 Å of Mg+2 is very close to that of Zn+2 (0.60 Å), effect Mg doping on lattice parameters is very limited and Mg doping increases band gap of ZnO structure. By doping Al (n-type dopant) in ZnO, high electrical conductivity and high transparency in infrared and visible region is obtained. For this reason, in this study, ZnO semiconductor is doped with Al and Mg and a triple wide band gap transparent conductive Zn0.95-xMg0.05AlxO thin films produced by sol-gel method. The purpose of this thesis is to find optimum production parameters, to understand deposition mechanism and to find electrical, optical properties and behaviours of these properties after irradiated by radiation. Microscope glass slides used as substrate cleaned under different conditions and optimum cleaning conditions are decided using scanning electron microscope (SEM) and microscope. ZnMgAl co-doped films with different Al concentrations coated on glass slides by employing sol-gel dip coating method. Characterization of ZnMgAlO thin films are made using differential thermal analysis (DTA) / thermogravimetric analysis (TGA), SEM and X-Ray diffractometer (XRD). It?s observed that ZnMgAlO films deposited on glass slides has a dense and homogenius structured ploycrystaline films by investigating SEM micrographs. Electrical measurments of Zn0.95-xMg0.05AlxO films performed by coating interdigital transducer structure by physical vapour deposition to made electrical contacts. Dc properties of samples obtained observed in a temperature range of 300 ? 500K and in oxygen atmosphere. Current/Voltage (I-V) measurments performed by using Keithley 6517A Electrometer/High Resistancemeter. Optical properties of Zn0.95-xMg0.05AlxO thin films obtained by using PG Instruments UV-Vis-NIR spectrophotometer in 190 ? 1100 nm range and optical band gap is obtained. It?s observed that band gap of structure is increased with increasing Al doping concentration.