Geçiş Ve Nadir Toprak Elementleri Katkılanmış, Hidrotermal Sentez Yöntemi İle Hazırlanmış Zno Nanorodların Yapısal, Optik Ve Manyetik Özelliklerinin Karakterizasyonu

Abstract

Manyetik yarıiletkeneler hem ferromanyetizma hem de yarıiletkenlik özelliği gösteren malzemelerdir. Bu malzemeler devrelere entegre edildiğinde, elektronlarının hem yüklerinin hem de spinlerinin kontrol edilmesine imkan verir. Böylece malzemedeki neredeyse tüm spinlerin polarizasyonunu sağlanır ve bu da spintronik uygulamalar için önemli bir özelliktir [1,2]. Son yıllarda manyetik yarıiletken araştırmalarında seyreltilmiş manyetik yarıiletken (DMS) malzemeler bariz bir şekilde ön plana çıkmaktadır. Seyreltik manyetik yarıiletkenler (DMS) normal şartlar altında manyetik değilken; geçiş metalleri, nadir toprak elementleri gibi katkılarla yarıiletkenlik özelliklerini sürdürürken aynı zamanda yüksek spin polarizasyonu göstermektedirler. Seyreltik manyetik yarıiletkenler (DMS) arasında çeşitli geçiş metalleriyle veya nadir toprak elementleriyle katkılanmış Çinko Oksit (ZnO); endüstriyel manyetik uygulamalarında sunduğu çoklu fonksiyonlarından dolayı gelecek vaad eden bir bileşiktir. Ayrıca ZnO tabanlı seyreltik yarıiletkenler, görünür bölgedeki geçirgenlikleri ve piezoelektrik özelliklerinden dolayı spin transistörleri ve polarize olmuş spinli LED cihazlar için benzersiz bir adaydır [3]. Saf ZnO bir n-tipi yarıiletkendir. Çeşitli katkılarla n-tipi yarıiletkenliğinin arttırılabileceği veya p tipi iletkenlik oluşturulabileceği gibi oda sıcaklığında ferromanyetizmanın gözlenebileceği teorik olarak öngörülmektedir. Bu durum da son yıllarda ZnO bileşiği üzerine yapılan manyetik katkılamalarda hızlı bir artışı beraberinde getirmiştir. Çalışmalarda ZnO bileşiğinin bir boyutlu (1D) nanowire, nanobelt, nanotube ve naorod gibi farklı formları kullanılmaktadır. Bu yapılar arasında nanorodlar nispeten kolay üretim koşulları ve cihaz uygulamalarına olan uyumluluğu bakımından araştırmacıların dikkatini çekmiştir. Literatürde ZnO nanorod üretmek için birçok yöntem bulunmasına rağmen; araştırmacıların amacı yeni kolay ve daha düşük maliyetli üretim yaklaşımları keşfetmektir. Literatürdeki diğer yöntemlere kıyasla ‘’Hidrotermal Sentez Yöntemi’’ düşük sıcaklık, yüksek üretim verimi ve kalitesi, hızlı, pratik ve düşük maliyetli bir süreç olması sebebiyle ön plana çıkmaktadır. Buradan yola çıkarak biz de bu projede hidrotermal yöntemiyle katkılı ZnO nanorod yapılarını incefilm formunda üretmeyi amaçlamaktayız. Ayrıca ZnO yapısını Mn, Co, Cr, Ni vb. gibi geçiş metalleri ve Eu, Nd, Tb, Ho vb. nadir toprak elementleriyle katkılanıp; kristalografik, morfolojik ve manyetik özelliklerinin karakterizasyonu gerçekleştirilecektir. Katkısız ve belirli oranlarda katkılı ZnO nanorodları cam, ITO (Indium tin oxide) ve FTO (Fluorine-doped tin oxide) altlıklar üzerine büyütülecek ve aralarındaki farklılıklar gözlemlenecektir. Üretilen numunelerin kristal yapısının analizi için X-ışını kırınım (XRD) ölçümleri gerçekleştirilecektir. Farklı altlıklar üzerine büyütülen incefilmlerin morfolojilerini incelemek için taramali elektron mikroskobu (SEM) ile görüntüleme yapılacaktır. SEM görüntülerinden incefilm yüzeyindeki nanorodların düzgün ve sıralı bir şekilde büyüyüp büyümediği hakkında bilgi sahibi olunacaktır. Ayrıca numunelerin 3 boyutlu yüzey karakterizasyonu için atomik kuvvet mikroskobu (AFM) görüntüleri çekilecektir. Yüzeyin bir nanoboyutta bir tiple taranması sonucu yüzeyin pürüzlülük değerleri de elde edilecektir. Üretilen numunelerin optik özelliklerinin incelenmesi için UV-VIS Spektrofotometre ölçümleri gerçekleştirilecektir. Yapılan katkılamalar sonucu yapının manyetik hale geçip geçmediğinin belirlenmesi için ise titreşimli numune spektrometresi (VSM) ölçümleri yapılacaktır. XRD ve optik ölçümler Kastamonu Üniversitesi Fizik Bölümünde; üretim süreci ve SEM, AFM, VSM ölçümleri ise Merkezi Araştırma Laboratuvarında gerçekleştirilecektir.