SILAR Yöntemi ile Hazırlanan ZnO İnce Filmlerin Yapısal, Yüzey ve Optik Özelliklerine Nikel Katkısının Etkisinin İncelenmesi

Yıl 2024, Cilt: 5 Sayı: 2, 90 - 100, 28.11.2024

İlker Kara , Ahmet Furkan Kayis , Özcan Yalçınkaya

Öz

İnce film teknolojileri, modern elektronik ve optoelektronik cihazların gelişiminde önemli bir rol oynamakta olup, yüksek performanslı ve düşük maliyetli malzemelerin üretimine olanak tanıyarak birçok uygulama alanında büyük ilgi çekmektedir. Özellikle, FTO (Flor katkılı Kalay Oksit) tabanlar üzerinde büyütülen dopantlı ZnO yarı iletken malzemeleri, güneş pilleri, gaz sensörleri ve biyosensörler gibi birçok uygulama için önemli adaylardır. Bu çalışmada, SILAR yöntemi kullanılarak hazırlanan saf FTO/ZnO ve nikel (Ni) katkılı, 1% Ni FTO/ZnO, 2% Ni FTO/ZnO ve 3% Ni FTO/ZnO ince filmlerin yapısal, yüzey ve optik özelliklerine nikelin katkısının etkisi incelenmiştir. Üretilen filmlerin yapısal analizleri X-ışını kırınımı (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) gibi teknikler kullanılarak gerçekleştirilmiş ve nikel katkılı FTO/ZnO ince filmlerin kristal yapılarında ve yüzey morfolojilerinde önemli değişiklikler tespit edilmiştir. Ayrıca, optik özellikler UV-Vis spektroskopisi kullanılarak incelenmiş ve nikelin filmlerin optik özelliklerine etkisi ayrıntılı bir şekilde değerlendirilmiştir. ZnO ince filmlerdeki nikel dopant seviyeleri %1 ila %3 arasında değiştirilmiştir. SEM-EDS analizleri, üretilen ZnO ince filmlerin küme benzeri yapılar oluşturduğunu göstermiştir. Bu yapıların, nikel içeriğine bağlı olarak değiştiği gözlemlenmiştir. Üretilen örnekler arasında en homojen yüzey dağılımının %3 Ni-FTO/ZnO örneğinde olduğu gözlemlenmiştir. XRD analizleri, örneklerin baskın kırınım piklerini SnO2 (FTO-taban) olarak tanımlamış ve çoğunlukla (101), (202) ve (211) düzlemleri boyunca yönlendirilmiş bir tetragonal kristal yapının olduğunu ortaya koymuştur. Ni-dopant konsantrasyonu arttıkça, filmlerde pik yoğunluklarında artışlar ve yarı-pik genişliklerinde azalmalar gözlemlenmiş, bu da üretilen örneklerin güneş hücresi teknolojilerinde, yarı iletken tabanlı gaz sensörlerinde ve benzer alanlarda potansiyel kullanımını vurgulamaktadır.

Anahtar Kelimeler

İnce film, ZnO, Ni-FTO/ZnO

Kaynakça

• Gao, X. D., Li, X. M., Yu, W. D. (2004). Preparation, structure and ultraviolet photoluminescence of ZnO films by a novel chemical method. Journal of Solid State Chemistry, 177(10), 3830-3834.
• Vu, D. V., Le, D. H., Nguyen, T. T., Van Duong, T., Ngo, Q. D., Trinh, T. Q. (2019). Study on material properties of Sn-and Cu-doped ZnO thin films as n-and p-type thermoelectric materials based on wet solution synthesis. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 30, 6544-6551.
• Zheng, J. H., Jiang, Q., Lian, J. S. (2011). Synthesis and optical properties of flower-like ZnO nanorods by thermal evaporation method. Applied Surface Science, 257(11), 5083-5087.
• Bougrine, A., El Hichou, A., Addou, M., Ebothé, J., Kachouane, A. ve Troyon, M., (2003). Materials Chemistry and Physics, 80: 438-445.
• Bougrine, A., El Hichou, A., Addou, M., Ebothé, J., Kachouane, A., Troyon, M. (2003). Structural, optical and cathodoluminescence characteristics of undoped and tin-doped ZnO thin films prepared by spray pyrolysis. Materials Chemistry and Physics, 80(2), 438-445.
• Chen, J., Wu, J., Lei, W., Song, J. L., Deng, W. Q., Sun, X. W. (2010). Co-sensitized quantum dot solar cell based on ZnO nanowire. Applied Surface Science, 256(24), 7438-7441.
• Abdulrahman, A. F., Abd-Alghafour, N. M., Ahmed, S. M. (2021). Optimization and characterization of SILAR synthesized ZnO nanorods for UV photodetector sensor. Sensors and Actuators A: Physical
• Zheng, J. H., Jiang, Q., Lian, J. S. (2011). Synthesis and optical properties of flower-like ZnO nanorods by thermal evaporation method. Applied Surface Science, 257(11), 5083-5087.
• Liu, X., Zhao, C., Zheng, B., Guo, Q., Duan, X., Wulamu, A., Zhang, D. (2021). Wearable devices for gait analysis in intelligent healthcare. Frontiers in Computer Science, 3, 661676.
• Dhawankar, S. H., Suryavanshi, B. M. (2016). Characterization of cadmium sulphide (CdS) thin film deposited by spray pyrolysis technique. International Journal of Physical Sciences, 4(2), 58-61.
• Shkir, M., Khan, M. T., Khan, A., Alkallas, F. H., Trabelsi, A. B. G., Khan, F. S., AlFaify, S. (2024). Noticeable influence of V-dopant on optoelectronic properties of ZnO films prepared by SILAR technique. Results in Physics, 60, 107680.
• Jellal, I., Daoudi, O., Nouneh, K., Boutamart, M., Briche, S., Fahoume, M., Naja, J. (2023). Comparative study on the properties of Al-and Ni-doped ZnO nanostructured thin films grown by SILAR technique: Application to solar photocatalysis. Optical and Quantum Electronics, 55(7), 620.
• Sales Amalraj, A., Christina Joycee, S., Joseph Lourdu Rajah, A. (2020). Influence of Ni dopant on surface morphology of nanostructured ZnO thin films grown by SILAR method. Materials Research Innovations, 24(6), 341-348.
• Benaicha, I., Ait-Alla, Y., Mhalla, J., BakkalI, R., Daoudi, O., Jelall, I., Qachaou, A. (2024). SILAR-engineered ZnO thin films: exploring the impact of Ni, Co, and Fe dopants on structural, optical, and electronic properties. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 35(13), 919.