Yıl 2019, Cilt 14 , Sayı 2, Sayfalar 179 - 192 2019-11-30

Effect of Erbium on Structural, Morphological and Optical Properties of Sol Gel Derived ZnO Film
Sol Jel Yöntemiyle Elde Edilen ZnO Filminin Yapısal, Morfolojik ve Optik Özelliklerine Erbiyum Katkısının Etkisi

Gonca İLGÜ BÜYÜK [1] , Saliha ILICAN [2]


Undoped and Erbium (Er) doped zinc oxide (ZnO) films were prepared on p-Si substrates by sol gel method using spin coating technique. The effect of Er dopant on the structural, morphological and optical properties of ZnO film was investigated by X-ray diffractometer, scanning electron microscope (SEM) and UV-vis spectrophotometer, respectively. From X-ray diffraction (XRD) spectra, the films were crystallized in hexagonal wurtzite structure in zincite phase. The structural parameters such as grain size, dislocation density, lattice parameters, strain and stress were calculated. From the SEM images, it is seen that the film surfaces are well-coated, uniform, without cracks and pores. ImageJ program was used to investigate the average particle size, grain boundaries and the surface of the films. The optical properties were studied by diffuse reflectance spectra measured by UV-vis spectrophotometer and the optical band gap values were determined by differential reflectance and Kubelka-Munk theory. In both methods, it was determined the optical band gap value of ZnO film increases or decreases irregularly with the Er content. It was observed that the optical band gap of the 0.4% Er doped ZnO film was larger than the other films.

Katkısız ve Erbiyum (Er) katkılı çinko oksit (ZnO) filmleri sol jel spin kaplama yöntemi ile p-Si alttaşlar üzerine elde edilmiştir. ZnO filminin yapısal, morfolojik ve optik özellikleri üzerine Er katkısının etkisi sırasıyla, X-ışını kırınım cihazı, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve UV-vis spektrofotometresi kullanılarak araştırılmıştır. X-ışınları kırınımı (XRD) spektrumlarından, bütün filmlerin hekzagonal wurtzite yapıda ve zinkit fazda kristallendiği belirlenmiştir. Kristallenme boyutu, dislokasyon yoğunluğu, örgü parametreleri, kristal yapıdaki deformasyon ve gerilim gibi yapısal parametreler hesaplanmıştır. SEM görüntülerinden, film yüzeylerinin çatlaklar ve gözenekler olmadan iyi kaplanmış ve homojen olduğu görülmektedir. Ortalama tane boyutu, tane sınırları ve filmlerin yüzey durumlarının araştırılması için ImageJ programı kullanılmıştır. UV sprektrofotometresi ile optik ölçümler yapılmış ve optik bant aralığı diferansiyel yansıma ve Kubelka-Munk teorisiyle belirlenmiştir. Her iki yöntemden de, ZnO filminin optik band değerinin Er katkısıyla düzensiz olarak artıp azaldığı belirlenmiştir. %0,4 Er katkılı ZnO filminin optik band aralığının diğer filmlere göre daha büyük olduğu gözlenmiştir.

  • [1] H. Morkoç and Ü. Özgür, Zinc Oxide: Fundamentals, Materials and Device Technology. Wiley Company, Germany, 2009.
  • [2] G. Ilgu, Y. Caglar, S. Ilican, M. Caglar, S. Ruzgar, “The effect of sol concentration on the structural and electrical parameters of nanostructure ZnO films by sol gel dip coating,” J. Nanoelectron. Optoe., 9, 622-627, 2014.
  • [3] M. Raja, N. Muthukumarasamy, D. Velauthapillai, R. Balasundaraprabhu, S. Agilan, and T. S. Senthil, “Studies on bundle like ZnO nanorods for solar cell applications,” Solar Energy, 106, 129-135, 2014.
  • [4] L. Zhu and W. Zeng, “Room-temperature gas sensing of ZnO-based gas sensor: A review,” Sensor. Actuat. A-Phys., 267, 242–261, 2017.
  • [5] T. Ates, C. Tatar, and F. Yakuphanoglu, “Preparation of semiconductor ZnO powders by sol gel method: Humidity sensors,” Sensor. Actuat. A-Phys., 190, 153-160, 2013.
  • [6] S. Ilican, K. Gorgun, Y. Caglar and M. Caglar, “Influence of irradiation time on structural, morphological properties of ZnO-NRs films deposited by MW-CBD and their photodiode applications,” J. Nanomaterials, 2017, 1-12, 2017.
  • [7] Y. Caglar, M. Caglar, S. Ilican, S. Aksoy and F. Yakuphanoglu, “Effect of channel thickness on the field effect mobility of ZnO-TFT fabricated by sol gel process,” J. Alloys Compound., 621, 189-193, 2015.
  • [8] R. S. Gonçalves, P. Barrozo, G. L. Brito, B. C. Viana, and F. Cunha, “The effect of thickness on optical, structural and growth mechanism of ZnO thin film prepared by magnetron sputtering,” Thin Solid Films, 661, 40-45, 2018.
  • [9] L. Phan, S. C. Yu, R. Vincent, N. H. Dan, and W. S. Shi, “Photoluminescence properties of various CVD-grown ZnO nanostructures,” J. Lumin., 130, 1142-1146, 2010.
  • [10] C. Su, Y. M. Lu, Z. Z. Zhang, C. X. Shan, B. Yao, B. H. Li, D. Z. Shen, J. Y. Zhang, D. X. Zhao, and X. W. Fan, “The optical properties of ZnO/ZnMgO single quantum well grown by P-MBE,” Appl. Surf. Sci., 254, 7303-7305, 2008.
  • [11] A. Arslan, E. Hur, S. Ilican, Y. Caglar, and M. Caglar, “Controlled growth of c-axis oriented ZnO nanorod array films by electrodeposition method and characterization,” Spectrochim. Acta A, 128, 716-723, 2014.
  • [12] M. Imai, M. Watanabe, H. Tominaga, K. Yoshino, Y. Ogomi, Q. Shen, T. Toyoda, T. Minemoto, and S. Hayase, “Growth mechanism of ZnO thin films grown by spray pyrolysis using diethylzinc solution,” Phys. Status Solidi A., 215, 1700406, 2018.
  • [13] D. Aryanto, W. N. Jannah., Masturi, T. Sudiro, A. S. Wismogroho, P. Sebayang, Sugianto, and P. Marwoto, “Preparation and structural characterization of ZnO thin films by sol-gel method,” J. Phys: Conf. Series, 817, 012025, 2017.
  • [14] F. Ran, L. Miao, S. Tanemura, M. Tanemura, Y. Cao, S. Tanaka, and N. Shibata, “ Effect of annealing temperature on optical properties of Er-doped ZnO films prepared by sol-gel method,” Mater. Sci. Eng. B, 148, 35-39, 2008.
  • [15] V. Kumari, V. Kumar, B. P. Malik, and R. M. Mehra, “Devendra Mohan Nonlinear optical properties of erbium doped zinc oxide (EZO) thin films,” Opt. Commun., 285(8), 2182-2188, 2012.
  • [16] L. Miao, S. Tanemura, L. Zhao, X. Xiao, and X. T. Zhang, “Ellipsometric studies of optical properties of Er-doped ZnO thin films synthesized by sol–gel method,” Thin Solid Films, 543, 125-129, 2013.
  • [17] R. Vettumperumal, S. Kalyanaraman, and R. Thangavel, “Optical constants and near infrared emission of Er doped ZnO sol–gel thin films,” J. Lumin., 158, 493-500, 2015.
  • [18] S. Ilican, “Structural, optical and electrical properties of Erbium-Doped ZnO thin films Prepared by spin coating method,” J. Nanoelectron. Optoe., 11(4), 465-471, 2016.
  • [19] B. D. Cullity, Elements of X-Ray Diffraction. Addison-Wesley Publishing Company Inc., United States of America, 1956.
  • [20] A. S. Hassanien, A. A. Akl, and A. H. Sáaedi, “ Synthesis, crystallography, microstructure, crystal defects, and morphology of BixZn1−xO nanoparticles prepared by sol–gel technique,” Cryst. Eng. Comm., 20, 1716-1730, 2018.
  • [21] G. K. Williamson and R. E. Smallman, “Dislocation densities in some annealed and cold-worked metals from measurements on the X-Ray Debye-Scherrer spectrum,” Philosophical Magazine, 1(1), 34-45, 1956.
  • [22] C. Kittel, Introduction to Solid State physics. (8. Baskı). John Wiley and Sons, Inc., United States of America, 2005.
  • [23] M. E. Fitzpatrick, A. T. Fry, P. Holdway, F. A. Kandil, J. Shackleton, and L. Suominen, Determination of Residual Stresses by X-ray Diffraction (Issue 2). Measurement Good Practice Guide No. 52, United Kingdom, 2005.
  • [24] H. Hong, J. Huang, H. He, Z. Fan, and J. Shao, “ Influence of different post-treatments on the structure and optical properties of zinc oxide thin films.” Appl. Surf. Sci., 242, 346-352, 2005.
  • [25] T. B. Bateman, “ Elastic moduli of single-crystal zinc oxide,” J. Appl. Phys., 33, 3309-3312, 1962.
  • [26] A. E. Morales, E. S. Mora, and U. Pal, “Use of diffuse reflectance spectroscopy for optical characterization of un-supported nanostructures,” Rev. Mex. Fisica S., 53(5), 18-22, 2007.
  • [27] V. Senthilkumar, P. Vickraman, and R. Ravikumar, “ Synthesis of fluorine doped tin oxide nanoparticles by sol-gel technique and their characterization,” J. Sol-Gel Sci. Technol., 53(2), 316-321, 2010.
  • [28] S. Q. Li, C. B. Yao, Y. Cai, Y. Han, K. X. Zhang, X. Wen, H. T. Yin, Q. H. Li, and W. J. Sun, “Nonlinear absorption properties and excitedstate charge-transfer dynamics of Er doped ZnO films,” Opt. Mater. Exp., 8(11), 3262-3276, 2018.
  • [29] M. H. Choi and T. Y. Ma, “Erbium concentration effects on the structural and photoluminescence properties of ZnO:Er films,” Mater. Lett., 62, 1835-1838, 2008.
Birincil Dil tr
Konular Fizik, Uygulamalı
Bölüm Makaleler
Yazarlar

Orcid: 0000-0003-2493-0133
Yazar: Gonca İLGÜ BÜYÜK (Sorumlu Yazar)
Kurum: FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Orcid: 0000-0003-4064-4364
Yazar: Saliha ILICAN
Kurum: FEN FAKÜLTESİ

Destekleyen Kurum Anadolu Üniversitesi Bilimsel Araştırma Komisyonu
Proje Numarası 1501F032 no’lu lisansüstü projesi
Tarihler

Yayımlanma Tarihi : 30 Kasım 2019

Bibtex @araştırma makalesi { sdufeffd528740, journal = {Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fen Dergisi}, issn = {}, eissn = {1306-7575}, address = {}, publisher = {Süleyman Demirel Üniversitesi}, year = {2019}, volume = {14}, pages = {179 - 192}, doi = {10.29233/sdufeffd.528740}, title = {Sol Jel Yöntemiyle Elde Edilen ZnO Filminin Yapısal, Morfolojik ve Optik Özelliklerine Erbiyum Katkısının Etkisi}, key = {cite}, author = {İLGÜ BÜYÜK, Gonca and ILICAN, Saliha} }
APA İLGÜ BÜYÜK, G , ILICAN, S . (2019). Sol Jel Yöntemiyle Elde Edilen ZnO Filminin Yapısal, Morfolojik ve Optik Özelliklerine Erbiyum Katkısının Etkisi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fen Dergisi , 14 (2) , 179-192 . DOI: 10.29233/sdufeffd.528740
MLA İLGÜ BÜYÜK, G , ILICAN, S . "Sol Jel Yöntemiyle Elde Edilen ZnO Filminin Yapısal, Morfolojik ve Optik Özelliklerine Erbiyum Katkısının Etkisi". Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fen Dergisi 14 (2019 ): 179-192 <https://dergipark.org.tr/tr/pub/sdufeffd/issue/50336/528740>
Chicago İLGÜ BÜYÜK, G , ILICAN, S . "Sol Jel Yöntemiyle Elde Edilen ZnO Filminin Yapısal, Morfolojik ve Optik Özelliklerine Erbiyum Katkısının Etkisi". Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fen Dergisi 14 (2019 ): 179-192
RIS TY - JOUR T1 - Sol Jel Yöntemiyle Elde Edilen ZnO Filminin Yapısal, Morfolojik ve Optik Özelliklerine Erbiyum Katkısının Etkisi AU - Gonca İLGÜ BÜYÜK , Saliha ILICAN Y1 - 2019 PY - 2019 N1 - doi: 10.29233/sdufeffd.528740 DO - 10.29233/sdufeffd.528740 T2 - Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fen Dergisi JF - Journal JO - JOR SP - 179 EP - 192 VL - 14 IS - 2 SN - -1306-7575 M3 - doi: 10.29233/sdufeffd.528740 UR - https://doi.org/10.29233/sdufeffd.528740 Y2 - 2019 ER -
EndNote %0 Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fen Dergisi Sol Jel Yöntemiyle Elde Edilen ZnO Filminin Yapısal, Morfolojik ve Optik Özelliklerine Erbiyum Katkısının Etkisi %A Gonca İLGÜ BÜYÜK , Saliha ILICAN %T Sol Jel Yöntemiyle Elde Edilen ZnO Filminin Yapısal, Morfolojik ve Optik Özelliklerine Erbiyum Katkısının Etkisi %D 2019 %J Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fen Dergisi %P -1306-7575 %V 14 %N 2 %R doi: 10.29233/sdufeffd.528740 %U 10.29233/sdufeffd.528740
ISNAD İLGÜ BÜYÜK, Gonca , ILICAN, Saliha . "Sol Jel Yöntemiyle Elde Edilen ZnO Filminin Yapısal, Morfolojik ve Optik Özelliklerine Erbiyum Katkısının Etkisi". Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fen Dergisi 14 / 2 (Kasım 2019): 179-192 . https://doi.org/10.29233/sdufeffd.528740
AMA İLGÜ BÜYÜK G , ILICAN S . Sol Jel Yöntemiyle Elde Edilen ZnO Filminin Yapısal, Morfolojik ve Optik Özelliklerine Erbiyum Katkısının Etkisi. SDÜFEFFD. 2019; 14(2): 179-192.
Vancouver İLGÜ BÜYÜK G , ILICAN S . Sol Jel Yöntemiyle Elde Edilen ZnO Filminin Yapısal, Morfolojik ve Optik Özelliklerine Erbiyum Katkısının Etkisi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fen Dergisi. 2019; 14(2): 192-179.