Nanoyapılı lantan katkılı ZnO filmlerinin elde edilmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Sol jel metodu ile elde edilen çözeltiler kullanılarak, spin kaplama tekniği ile Lantan (La) katkılı çinko oksit (ZnO) filmleri p-tipi silisyum (p-Si) alttaşlar üzerine elde edilmiştir. Elde edilen ZnO filmlerinin morfolojik, yapısal ve optik özellikleri üzerine Lantan katkısının etkisi araştırılmıştır. Ortalama tanecik boyutu, tane sınırları ve filmlerin yüzey durumlarının araştırılması amacıyla, elde edilen filmlerin taramalı electron mikroskobu (SEM) görüntüleri çekilmiş ve ImageJ programı ile analiz edilmiştir. SEM görüntülerinden, filmlerin yüzeylerinin birbirine benzediği, gözeneksiz ve homojen olduğu, dairesel nanotaneciklerden oluştuğu ve La katkısı ile birlikte dairesel taneciklerin şekilsel yapısının bozulmadığı gözlenmiştir. Ortalama tanecik boyutlarının 20-31nm aralığında olduğu ve en büyük değere %0,4 La katkılı olan filmin sahip olduğu belirlenmiştir. Filmlerin X-ışınları kırınımı (XRD) spektrumları, X-ışınları toz kırınım cihazı ile alınmıştır. Bütün filmlerin hekzagonal wurtzite yapıda zinksit fazda kristallendiği ve (002) tercihli yönelime sahip olduğu belirlenmiştir. Elde edilen filmlerin ortalama tanecik boyutları Scherrer formülü ile hesaplanmıştır. %0,4 La katkılı olan filmin diğer filmlere göre daha iyi kristallendiği ve en büyük tanecik boyutunun bu filme ait olduğu belirlenmiştir. La katkılı ZnO filmlerinin diffüz yansıma spektrumları UV-vis spektrofotometre kullanılarak alınmıştır. Bu spektrumlar kullanılarak diferansiyel yansıma ve Kubelka-Munk teorisi kullanılarak iki farklı yöntemle optik bant aralık değerleri hesaplanmıştır. Her iki yöntemden de, ZnO filminin optik band değerinin La katkısıyla önce arttığı, katkı miktarı daha artınca da azalmaya başladığı belirlenmiştir. %0,4 La katkılı filmin optik band aralığının diğer filmlere göre daha büyük olduğu gözlenmiştir.

Lanthanum (La) doped zinc oxide (ZnO) films were deposited onto p-type silicon (p-Si) substrates by sol gel method using spin coating technique. The effect of Lanthanum on the structural, morphological and optical properties of ZnO films was investigated. In order to investigate the average particle size, grain boundaries and the surface of the films, scanning electron microscopy (SEM) images of the obtained films were taken and analyzed by the ImageJ program. From these images, it was observed that the surfaces of the films were similar, homogeneous and non-porous, consisted of round-shaped nanoparticles, and the circular structure of the nanoparticles did not change with increasing the La content. Average particle size was calculated to be in the range of 20-31nm and the film having the highest value was determined to be 0,4% La doped ZnO film. The X-ray diffraction (XRD) spectra of the films were taken by using X-ray powder diffractometer. All the films were crystallized in hexagonal wurtzite structure in zincsite phase and (002) had preferential orientation. The average particle size of the obtained films was calculated by the Scherrer formula. It was determined that 0,4% La ZnO film was better crystallized than other films and the largest particle size belongs to this film. Diffuse reflectance spectra of La doped ZnO films were carried out using UV-vis spectrophotometer. Using these spectra, optical film was better crystallized than other films and the largest particle size belongs to this film. Diffuse reflectance spectra of La doped ZnO films were carried out using UV-vis spectrophotometer. Using these spectra, optical band gap values were calculated by using two different methods which are differential reflection and Kubelka-Munk theory. In both methods, it was determined that the optical band value of ZnO film first increased with the incorporation of La, and then decreased with increasing La content. It was observed that the optical band gap of the 0,4% La doped ZnO film was larger than the other films.