Search

ZnO is one of the main materials used in thin film coating due to its low cost and advantageous properties. The aim of this study is to examine the optical, morphological and structural properties of zinc oxide thin films coated with ultrasonic spray pyrolysis(USP) technique. ZnO thin films were grown at 450°C using different precursor solutions such as zinc acetate and zinc nitrate. Glass substrate was used in these processes. 0.1M and 100 ml solutions were prepared. Growth orientations according to XRD patterns are (002). Bandgap values for zinc acetate and zinc nitrate were measured as 3.25 eV and 3.13 eV, respectively. In addition, as can be seen from the SEM images, the ZnO grain size of the films obtained with the zinc acetate salt is smaller than that of the zinc nitrate. Finally, the amount of oxygen in ZnO films varies depending on different solutions and zinc salts., ZnO düşük maliyetinden ve sahip olduğu avantajlı özelliklerinden dolayı ince film kaplamada kullanılan başlıca malzemelerdendir. Bu çalışmanın amacı, ultrasonik sprey piroliz (USP) tekniği ile kaplanmış çinko oksit ince filmlerin optik, morfolojik ve yapısal özelliklerini incelemektir. ZnO ince filmler, çinko asetat ve çinko nitrat gibi farklı öncü çözeltiler kullanılarak 450°C'de büyütülmüştür. Bu işlemlerde cam altlık kullanılmıştır. 0.1M ve 100 mL çözeltiler hazırlanmıştır. XRD desenlerine göre büyüme yönelimleri (002) şeklindedir. Çinko asetat ve çinko nitrat için bandgap değerleri sırasıyla, 3.25 eV ve 3.13 eV olarak ölçülmüştür. Ayrıca Debye-Scherrer hesaplamalarından anlaşıldığı üzere öncü tuz olarak seçilen çinko asetat ile elde edilen filmlerin ZnO tane boyutu öncü tuz olarak seçilen çinko nitrat ile elde edilen filmle hemen hemen aynıdır. Son olarak ZnO filmlerdeki oksijen miktarı farklı çözeltilere ve çinko tuzlarına bağlı olarak farklılık gösterir.

Buçalışmada çinko ferrit (ZnxFe3-xO4) filmleridysprosium (Dy) ve erbium (Er) gibi lanthanidler ile katkılanmıştır. Bu işlemiçin çok ucuz ve kolay bir yöntem olan Kimyasal Püskürtme Tekniği (CSP) uygun görülüp kullanılmıştır. Lantanidlerperiyodik tablonun 5d bloğunda bulunur. Gazsensörleri, kullanım amaçlarına bağlı olarak çeşitli malzemelerden yapılabilir.Bununla birlikte, güvenilir bir gaz sensörü içingenel şartlar yüksek hassasiyet, hızlı tepki ve iyi seçiciliktir olduğubilinmelidir. 200 ° C sıcaklıkta çalışanDy ve Er katkılı ZnxFe3-xO4 ince filmlerin100ppm, 500 ppm ve 1000 ppm yoğunluğunda H2 gazına tepkisi düşük olup veayrıca 1800 s'de H2 gazına tepki hızı nispeten yavaştır. Elde edilen filmlerin X-Ray Difraksiyonu (XRD)ölçümleri 10 ila 70 derece arasında alındı. AtomikKuvvet Mikroskopu (AFM) ölçümleri sonucunda yüzey morfolojisi hakkında bilgielde edildi. Optik özelliklerDouble-Diffracted UV-VIS fotoelektron spektroskopisi ile ölçüldü. Gaz sensörünün cevabı için I-V (Van der Pauw)tekniği kullanılmıştır.

Bu tez çalışmasında kimyasal püskürtme (KP) tekniği kullanılarak demir oksit bileşiği ve Zn, Ni, Co metalleri katkılı; ikili, üçlü ve dörtlü demir oksit bileşikleri büyütülmüştür. Fe2O3, ZnxFe3-xO4, NixZn1-xFe2O4 ve CoxZn1-xFe2O4 bileşiklerinin yapısal, optik, elektriksel ve manyetik özellikleri ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Yapısal analiz için XRD, XPS, Raman, SEM-EDAX ve AFM ölçüm teknikleri; optik özellikleri için soğurma ölçüm tekniği; elektrik ve manyetik özellikleri için Hall ve Titreşen örnek magnetometresi (VSM) ölçüm teknikleri kullanılmıştır. Bu teknikle yapılan büyütmelerde en iyi büyütme şartlarını elde etmek için altlık, altlık sıcaklığı, kullanılacak tuzlar, püskürtme mesafe, çözücünün cinsi, molaritesi ve biriktirme süresi gibi birçok parametre dikkatle seçilmiştir. Büyütülen filmlerin XRD analizinde Fe2O3 filmi tetragonal, ZnxFe3-xO4 filmi ağırlıklı kübik, NixZn1-xFe2O4 ve CoxZn1-xFe2O4 kübik polikristal yapı sergilemiştir. XPS sonuçlarında Fe3+ (Fe2O3) iyonu 2p3/2 711,65 eV; Zn 2+(ZnxFe3-xO4) iyonu 2p3/2 orbitali için 1024,23 eV, Co 2+(CoxZn1-xFe2O4) iyonu 2p3/2 orbitali için 782,66 eV, Ni 2+(NixZn1-xFe 2O4) iyonu 2p 3/2 orbitali için 856,00 eV bağlanma enerjisine sahiptir. Raman analizileri Fe2O3 (217 cm-1, 275 cm-1), ZnxFe3-xO4 (382 cm-1, 483 cm-1), NixZn1-xFe2O4 (462 cm-1, 677 cm-1) ve CoxZn1-xFe2O4 (459 cm-1,612 cm-1) bileşiklerine ait karakteristik Raman değişimi pikleri strenching modunda bulunduğunu göstermektedir. SEM-EDAX analizinde yapıya ait kristal yapısı ve tanecik sınırları belirgin bir şekilde görülmekte olup kristal oluşumu desteklenmektedir. Ayrıca EDAX tekniği ile bileşikteki elementler eksiksiz olarak tespit edilmiştir. AFM sonuçlarında yapılarda yer yer tepeler ve çukurlar mevcut olup kısmen homojendir ayrıca 28 nm-115 nm arasında çizgisel pürüzlülüğe sahiptirler. Optik özellikleri bakıldığında soğurma ölçümlerinde elde edilen yasak bant aralığı değerleri Fe2O3, ZnxFe3-xO4, NixZn1-xFe2O4 ve CoxZn1-xFe2O4 filmleri için sırasıyla 2.16 eV, 2.14 eV, 2,00 eV, 2.10 eV'dur. Elektrik ve manyetik özellikleri karakterize etmede kullanılan Hall ölçülerinde, Fe2O3, ZnxFe3-xO4, NixZn1-xFe2O4 ve CoxZn1-xFe2O4 filmlerine göre sırasıyla p tipi taşıyıcı yoğunluğu değerleri 4.25*1016cm-3, 7,28*1018 cm-3, 1,064*1016 cm-3, 3,80*1015 cm-3şeklindedir. Son olarak VSM ölçümü sonucunda histeresis eğrisinin şiddetine göre küçükten büyüğe doğru sıralayacak olursak NixZn1-xFe2O4, CoxZn1-xFe2O4, Fe2O3, ZnxFe3-xO4 şeklinde yazabiliriz. Mıknatıslanma durumunu göz önüne aldığımızda en sert mıknatıslanma özelliğini ZnxFe3-xO4 filmi olup en yumuşak mıknatıslanma özelliğini gösteren Fe2O3 filmi göstermektedir. Kimyasal püskürtme (KP) tekniği kullanılarak büyütülen filmleri aygıt uygulamaları açısından değerlendirdiğimizde; CoxZn1-xFe2O4 filminin gaz sensörü, NixZn1-xFe2O4 filminin manyetik doğrultucu kontak, Fe2O3 ve ZnxFe3-xO4 filmlerinin de spintronik uygulamalar için uygun olduğunu söyleyebiliriz. In this thesis, iron oxide compound and double, triple and quaternary iron oxide compounds with Zn, Ni, Co metal dopants were grown by using Chemical Spray Pyrolysis (SP) technique. The structural, optical, electrical and magnetic properties of Fe2O3, ZnxFe3-xO4, NixZn1-xFe2O4 ve CoxZn1-xFe2O4 compounds have been extensively investigated. XRD, XPS, Raman, SEM-EDAX and AFM techniques have been used for structural analysis; Absorption technique has been used for optical properties; Hall and Vibrating sample magnetometer (VSM) techniques have been used for electrical and magnetic properties. Many parameters such as substrate, substrate temperature, the salts, spraying distance, solvent type, molarity and deposition time have carefully been choosen to obtain the best growth condition in this tecnique. XRD analysis of the growth films revealed that Fe2O3 film has tetragonal, ZnxFe3-xO4 film has heavily cubic, NixZn1-xFe2O4 and CoxZn1-xFe2O4 films have cubic polycrystalline structures. The XPS results show that Fe3+ (Fe2O3) ion has 711,65 eV binding energy for 2p3/2 orbital; Zn 2+(ZnxFe3-xO4) ion has 1024,23 eV binding energy for 2p3/2 orbital, Co 2+(CoxZn1-xFe2O4) ions has 782,66 eV binding energy for 2p3/2 orbital, Ni 2+(NixZn1-xFe 2O4) ion has 856,00 eV binding energy for 2p 3/2 orbital. Raman analysis result showed that, characteristic Raman exchange peaks belonging to Fe2O3 (217 cm-1, 275 cm-1), ZnxFe3-xO4 (382 cm-1, 483 cm-1), NixZn1-xFe2O4 (462 cm-1, 677 cm-1) and CoxZn1-xFe2O4 (459 cm-1,612 cm-1) compounds were in the strenching mode. SEM-EDAX analysis showed that, the crystal structure and grain boundaries of the structure have been seen and the crystal structure has been formed. Additionally, the elements being in the compound structure were completely determined by EDAX technique. In the AFM results, there are peaks and troughs in some places, partially homogenous and also have a linear roughness between 28 nm and 115 nm. In terms of optical properties, the band gap values obtained for the absorption measurements of Fe2O3, ZnxFe3-xO4, NixZn1-xFe2O4 ve CoxZn1-xFe2O4 films are 2,16 eV, 2,14 eV, 2,00 eV, 2.10 eV respectively. According to Hall measurements used to characterise electrical and magnetic properties, the p-type carrier density values of Fe2O3, ZnxFe3-xO4, NixZn1-xFe2O4 and CoxZn1-xFe2O4 films were 4.25*1016 cm-3, 7,28*1018 cm-3, 1,064*1016 cm-3, 3,80*1015 cm-3 respectively. Finally, the resulting from the VSM measurement according to the intensity hysteresis curves, we can write NixZn1-xFe2O4, CoxZn1-xFe2O4, Fe2O3, ZnxFe3-xO4 from minumum one to maximum ones. When we consider the magnetization state, the hardest magnetization property is seen in ZnxFe3-xO4 film and Fe2O3 film have showed the softest magnetization property. When evaluating films grown by SP technique in terms of device applications; CoxZn1-xFe2O4 film is suitable for gaz sensor, NixZn1-xFe2O4 film is suitable for magnetic rectifier contact, Fe2O3 and ZnxFe3-xO4 films are suitable for spintronic applications. 181

Bu tez çalışmasında aynı anda, hem yarıiletken özelliği taşıyan hem de manyetik yapıya sahip kristallerde yani manyetik yarıiletkenlerde iletken elektronların manyetik sistemden -spinlerden-saçılmasının kinetik olaylara etkisi incelenmiştir. Hem spinlerden saçılma hem de olağan saçılma mekanizmaları göz önüne alınarak kinetik denklemin çözümü ele alınmış ve galvanomanyetik olaylar araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, Hall katsayısının manyetik alana bağlı olarak zayıf değiştiği fakat özdirencin manyetik alana bağlı olarak daha önemli şekilde değiştiği gözlemlenmiştir. Özel olarak hem zayıf alanda hem de güçlü alanda manyetik alana bağlı olarak özdirencin azalması yani negatif magnetorezistans olayının gerçekleştiği saptanmıştır. Bu sonuçlar deneysel verilerle karşılaştırılmış ve iyi uyum sağladığı görülmüştür.Anahtar kelimeler: Özdirenç, Yarıiletken, Hall katsayısı, Relaksasyon zamanı In this study, the effect of the scattering of conducting electrons from the spins on the kinetic effects in the magnetic semiconductors have been invertigated.The solution of the kinetic equation has been discussed and the galvanomagnetic effects have been studied taking into account both the electron-spin and the usual scattering mechanism.It is seen from the obtained results that while the Hall coefficient changes slowly with the magnetic field, the resistivity changes strongly with it.Therefore, negative magnetoresistance has observed.The obtained result by the theoretical calculations have been compared with the experimental data.It is seen from the comparision, the obtained result are in good agreement with the experimental results.Key word:Resistivity,Semiconductor,Hall?s Coefficient,Relaxation Time 52