Production and Characterization of Cu:SnO2 Films on Glass Substrates by Sol-gel Method for Gas SEnsors

Yıl 2014, Cilt: 14 Sayı: 3, 407 - 416, 01.12.2014

Serdar Elbeyli Mustafa Erol İşıl Birlik Mehmet Faruk Ebelioğlugil Ömer Mermer Recep Yiğit Seher Taş Mustafa Toparlı Erdal Çelik

Öz

In this study, processing and characterization of semiconductor SnO2 and Cu doped SnO2 thin films on glass substrate were systematically investigated by using sol-gel technique for gas sensing applications. Solution characteristics such as turbidity, pH values and rheological properties of the prepared solutions were measured by turbidimeter, pH meter, contact angle ganiometer and rheometer machines before coating process. The thermal, structural, microstructural, electrical and gas sensitivity properties of the coatings were extensively characterized by using DTA-TG, FT-IR, XRD, SEM-EDS, refractometer, spectrophotometer and gas sensivity measurement machines. The obtained gel films were dried at 300 oC for 10 min and subsequently heat-treated at 500 oC for 5 min in air as a combination of DTA-TG and FT-IR results. The oxide thin films were annealed at 600 oC for 60 min in air. SnO2 cassiterite phase was found in the films from XRD results. SEM observation exhibited that coating structure becomes different characteristics depending on amount of Cu doping of solutions and film thickness. Refractive indexes, band gaps, absorbance, transmittance and gas sensivity values of SnO2 thin films, containing different amount of Cu, were determined and their variations were obtained. © Afyon Kocatepe Üniversitesi

Anahtar Kelimeler

Sol-gel; Cu:SnO2; Semiconductivity; Gas sensors

Gaz Sensörleri için Sol-jel Yöntemiyle Cam Altlıklar Üzerine Cu:SnO2 Filmlerinin Üretilmesi ve Karakterizasyonu (025765) (407-416)

Öz

Bu çalışmada, gaz sensörleri için cam altlıklar sol-jel daldırma yöntemiyle yarıiletken SnO2 ve Cu katkılı SnO2 kaplamaların üretimi ve karakterizasyonu sistematik olarak incelenmiştir. Kaplama öncesi, hazırlanan çözeltilerin türbidite, pH ve reolojik özelliklerini ihtiva eden çözelti karakteristikleri türbidimetre, pH metre ve reometre kullanılarak ölçülmüştür. Termal, yapısal ve mikroyapısal ve elektriksel ve gaz duyarlılık özellikleri detaylı bir şekilde DTA-TG, FTIR, XRD, SEM-EDS, refraktometre, spektrofotometre ve gaz duyarlılık ölçüm cihazları kullanılarak karakterize edilmiştir. Elde edilen jel kaplamalar DTA-TG ve FTIR sonuçlarının kombinasyonu olarak 300oC ve 10 dakikada kurutulmuş ve buna müteakiben hava atmosferinde 500oC’de ve 5 dakikada ısıl işlem yapılmıştır. Seramik oksit filmler hava ortamında 600oC’de sıcaklık aralıklarında tavlama işlemleri yapılmıştır. SnO2 cassiterite fazı XRD sonuçlarından bulunmuştur. SEM incelemeleri kaplama yapısının C katkı miktarına ve film kalınlıklarına bağlı olarak farklı karakteristikler oluşturmuştur. SnO2 ince filmleri kırılma indisi, enerji aralığı, absorbans, transmitans ve gaz duyarlılık değerleri Cu içeriğine bağlı olarak değişmiştir

Anahtar Kelimeler

Sol-jel; Cu:SnO2; Yarıiletkenlik; Gaz sensörü

Kaynakça

• Baur, V.W.H., 1956. Über die Verfeinerung der kristallsturkturbestimmung einiger Vertreter des rutiltypes. Asca cyrstallographica, 9, 515.
• Camargo, A.C., Igualda, J.A., Beltran, A., Llusar, R., Longo, E. and Andres J., 1996, An ab initio perturbed ion study of structural properties of TiO2, SnO2 and GeO2 rutile lattices. Chemical Physics, 212, 381-391.
• Cavicchi, R., Sukharev, V. and Semancik, S., 1998. Time- dependent conductance of Pd-dosed SnO2 (110). Surface Science, 418, L81–L88.
• Egdell, R.G., Rebane, J., Walker, T.J. and Law, D.S.L., 1999. Competition between initialand final-state effects in valence- and core-level X-ray photoemission of Sb-doped SnO2. Physical Review B, 59, 1792–1799.
• Egdell, R.G., Gulino, A., Rayden, C., Peacock, G. and Cox, P.A., 1995. Nature of donor states in V-doped SnO2. Journal of Materials Chemistry, 5, 499–504.
• Kalyoncuoğlu, Ö., 2004. Gaz sensörleri için sol-jel yöntemiyle cam altlıklar üzerine ZnO filmlerin üretilmesi ve karakterizasyonu. Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği İzmir, 15.
• Kappler, J., Barsan, N., Weimar, U., Diegez, A., Alay, J. L., Romano Rodriguez, A., Morante, J. R. and Gopel, W., 1998. Correlation between XPS, Raman and TEM measurements and gas sensitivity of Pt and Pd doped SnO2 based gas sensors. Fresenius Journal of Analytical Chemistry, 361, 110–114.
• Kulkarni A.K. and Knickerbocker S.A., 1996. Estimation and verification of the electrical properties of indium tin oxide based on the energy band diagram. Journal of Vacuum Science and Technology: A Vacuum Surfaces and Films, 14, 1709–1713. İnternet Kaynakları 1-www.grc.nasa.gov
• 2-www.photonics.ucy.ac.cy 3-www.tms.org
• 4-www.ntv.com.tr/news