Al katkılı ZnO malzemelerinin üretilmesi ve özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, katkısız ZnO ve farklı oranlarda Al katkılı ZnO (AZO) ince filmleri sol-jel spin-kaplama yöntemi ile cam alt tabakalar üzerinde hazırlanmıştır. Filmlerin yapısal özellikleri, morfolojisi ve optik özellikleri üzerindeki etkilerini görmek için başlangıç öncü konsantrasyonu, %1, %3, %5 ve %7 oranında Al katkılanarak değiştirilmiştir. Filmler UV-vis geçirgenlik ölçümleri, X-ışını kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM-EDS) ile karakterize edildi. Ayrıca temas açısı cihazıyla soljel spin kaplama tekniği ile üretilen ZnO ve AZO ince filmler analiz edildi. XRD ölçümleri, elde edilen tüm filmlerin hekzagonal yapıya sahip polikristalin olduğunu ortaya koydu. Hazırlanan katkısız ve katkılı ZnO ince filmlerin yasak enerji band aralığını belirlemek için soğrulma ölçümleri alındı. ZnO ve AZO ince filmlerin soğurma spektrumu özellikle 300-400 nm UV bölgesinde Al içeriği ile önemli ölçüde değişmektedir. Tüm filmler, %85-95 değerlerinde görünür aralıkta (400-800 nm) yüksek geçirgenliğe sahiptir. Tüm filmlerin optik bant aralığı, dalga boyuna bağlı olarak optik soğurulma ölçülerek incelendi ve 3,2-3,3 eV arasında olduğu bulundu. Ayrıca ince filmlerin yüzey morfolojisi hakkında ayrıntılı bir anlayış elde etmek için SEM analizi yapıldı. Elementel kompozisyonu EDS ile incelendi. Al katkılı ZnO'nun SEM görüntüsü katkısız ZnO'ya kıyasla daha homojen ve daha pürüzsüz bir yapı ortaya koymaktadır. Yüzey morfolojisi (pürüzlülük) için SEM analizlerini desteklemek amacıyla yüzey temas ölçümleri belirlendi. Temas açısındaki değişim, filmin yüzey pürüzlülüğündeki artışı veya azalışı göstermektedir. Sonuçlar SEM görüntüleri ile tutarlıdır.In this study, undoped ZnO and different amounts of Al doped ZnO (AZO) thin films were prepared on glass substrates by sol-gel spin-coating method. In order to see the effects on the structural properties, morphology and optical properties of the films, the initial precursor concentration was changed by adding Al at 1%, 3%, 5% and 7%. The films were characterized by UV-vis transmittance measurements, X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM-EDX). In addition, ZnO and AZO thin films produced by sol-gel spin-coating technique were analyzed with the contact angle device. XRD measurements revealed that all the obtained films were polycrystalline with hexagonal structure. Absorption measurements were taken to determine the forbidden energy band gap of the prepared undoped and doped ZnO thin films. The absorption spectrum of ZnO and AZO thin films varies significantly with Al content, especially in the 300-400 nm UV region. All films have high transmittance in the visible range (400- 800 nm) at 85-95%. The optical band gap of all films was investigated by measuring the optical absorbance depending on the wavelength and was found to be between 3.2-3.3 eV. In addition, SEM analysis was performed to obtain a detailed understanding of the surface morphology of the thin films. The elemental composition was examined by EDX. The SEM image of Al-doped ZnO reveals a more homogeneous and smoother structure compared to undoped ZnO. Surface contact measurements were determined to support the SEM analysis for surface morphology (roughness). The change in contact angle indicates the increase or decrease in the surface roughness of the film. The results are consistent with the SEM images.