Nadir Toprak Elementleri Eş Katkılı Sno2 Yarıiletkeninin Nanoboyutta Sentezi, Yapısal, Optik Ve Mekanik Karakterizasyonu

Abstract

SnO2 yarıiletkeni, 3.6 eV’luk geniş bant aralığına ve yaklaşık 130 meV’lik bağlanma enerjisi ile fotokatalitik, optoelektronik, gaz algılama, manyetik sensör, güneş pilleri ve daha pek çok elektronik uygulama için oldukça cazip bir adaydır [4]. Özellikle iletkenlik bandının ZnO ve TiO2 gibi yarıiletkenlere kıyasla daha düşük bir konumda bulunması, bu malzemeyi daha iyi bir elektron alıcısı yapar [5]. Bu uygulamalardaki performansının yanında pratik üretim koşulları, düşük maliyeti, insan sağlığına ve çevreye zararsız oluşu nedeniyle son yıllarda araştırmacıların oldukça ilgisini çekmiştir. Özellikle nanoboyutta sentezlenmiş SnO2 yarıiletkenin, tanecik boyutu küçüldükçe ortaya çıkan kuantum sınırlama etkisi ile ve bunun yanında kristal yapısında kontrollü olarak meydana getirilen kusurlar ile elektronik özellikleri daha gelişmektedir. Bu nedenle sentez yöntemleri bu malzemenin performansında kritik önem arz etmektedir. SnO2 yarıiletkeni naonoboyutta sıfır boyutlu 0D (nanoparçacık), bir boyutlu-1D (nanoçubuk, nanotüp, nanotel) veya iki boyutlu-2D (incefilm) gibi farklı formlarda sentezlenebilmektedir. Sol-gel, kimyasal buhar biriktirme, RF söktürme, sprey proliz, hidrotermal, kimyasal banyo gibi yöntemlerle bu yapılar başarılı bir şekilde üretilmektedir [6]. Fakat söz konusu yöntemlerin çoğu karmaşık süreçli, zaman alıcı, maliyetli olduğu için araştırmacılar daha pratik ve ekonomik olan sulu kimyasal yöntemlere yönelmişlerdir. Sulu kimyasal yöntemler arasında sol-jel ve hidrotermal en çok tercih edilen iki yöntemdir. Sahip oldukları düşük maliyeti, uygun reaksiyon koşulları, pratik ve hızlı olmasının yanında yüksek kristallik ve saflık sağlaması açısından en çok kullanılan iki yöntem olmuştur. SnO2’nın yukarıda sayılan avantajlarının yanında bazı spesifik uygulamalar için çeşitli özelliklerinin ayrıca modifiye edilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Nanoboyuttaki bir yarıiletkeni modifiye etmenin en etkili yolları üretim süreçlerinin optimizasyonu ve kristal örgüsüne yapılan katkılamalardır. Bu amaçla bu projede SnO2 yarıiletkeninin kristal yapısı çeşitli nadir toprak elementleri ile katkılandırılarak, kristalografik, morfolojik, elektronik, mekanik ve optik özelliklerini modifiye edilecektir.