Hidrotermal Yöntemle Üretilen İnce Film Zno Nanorod Yarıiletkenlerin Optimum Üretim Parametrelerinin Belirlenmesi Ve Karakterizasyonu.

Abstract

Çinko oksit (ZnO) nanoyapılar üzerine olan ilgi özellikle son yıllarda yoğunlaşarak artmaktadır. Bu ilginin nedeni ZnO yarıiletkeninin güneş pilleri, gaz sensörleri, biyosensörler, optoelektronik cihazlar ve piezoelektrik sistemler gibi birçok cihazda vadettiği yüksek performanslı uygulamalarıdır [1]. Yarıiletken metal oksit yapılar arasında ZnO; düşük maliyetli sentezleme imkânı, geniş yasak enerji aralığı ( Eg= 3.37 ev), 60 mev ‘lik eksiton bağlanma enerjisi gibi özellikleri yüzünden öne çıkmaktadır. ZnO nanoyapılar; nanorod, nanowires, nanobelt, nanotube, nanodot, nanonail, nanowall gibi çeşitli formlarda üretilebilmektedir[2-4]. Bir boyutlu (1D) nanoyapılar arasında ZnO nanorodlar literatürde oldukça yaygın çalışılmıştır. 1D ZnO nanorodları, yüksek yüzey/hacim oranı yüzünden özellikle gaz sensörü ve piezoelektrik cihaz uygulamalarına oldukça elverişlidir. 1D ZnO nanorod üretmek için literetürde vapour-liquid-solid (VLS), vapour-solid (VS), RF püskürtme, sol-gel, kimyasal buhar biriktirme (CVD), elektrodepozisyon, termal evaporation, metal organik kimyasal buhar depozisyonu (MOCVD), spin coating gibi birçok yöntem bulunmaktadır [5]. Bu yöntemlerin çoğunun yüksek sıcaklık, uzun süre, maliyetli donanım, karmaşık prosedür gibi birçok dezavantajı mevcuttur. Bu yöntemler arasında ‘’hidrotermal sentez’’ gibi sulu kimyasal yaklaşımların düzgün sıralanmış nanorod üretmek için daha elverişli, pratik olduğu ve iyi sonuç verdiği çoğu çalışmada kaydedilmiştir. Hidrotermal yöntemi ile ZnO nanorodlar düşük sıcaklık (< 100 oC), kısa süre, sade ekipmanlarla hızlı ve pratik bir şekilde üretilebilmektedir. Hidrotermal ile ZnO nanorod üretiminde sıcaklık, süre, solüsyon konsantrasyonu, PH değerleri, seed layer gibi birçok farklı parametre mevcuttur. Bu parametreleri optimize ederek gelişmiş özelliklere sahip ZnO nanoyapılar elde edilebilir. Bu projede ilk etapta amacımız nanoboyutta, düzgün büyümüş ve sıralanmış ZnO nanorodlar yapılarını incefilm formunda elde etmek. Bu aşamada ZnO kristal yapısının oluşup oluşmadığını belirlemek için X-ışını Kırınımı (XRD) analizi gerçekleştirilecektir. Ardından ZnO yapısının ‘’rod’’ formunda büyüyüp büyümediği ve tanecik boyutunun gözlemlenmesi ve morfolojik özelliklerinin saptanması için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ölçümleri gerçekleştirilecektir. İncefilm yüzeyindeki ZnO nanorodların yüzeydeki elemental dağılımı için EDX analizleri gerçekleştirilecektir. Ayrıca nanorodların 3-Boyutlu (3D) yüzey analizini yapmak için ve pürüzlülük hesaplamaları için Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) ölçümleri gerçekleştirilecektir. Optik özelliklerinin belirlenmesi için ise UV-VIS Spektrofotometre ölçümleri gerçekleştirilecektir. Böylece farklı üretim parametreleri kullanılarak üretilen ZnO naorodlar için optimum üretim koşulları belirlenmiş olup; pratik uygulamaları için bir referans oluşturulacaktır. Ayrıca optimum şartlarda üretilmiş ZnO nanorodlar elektrik, optik, mekanik, piezoelektrik gibi diğer özelliklerini geliştirmek için üzerinde çalışılmaya uygun hale gelmiş olacaktır. Proje kapsamındaki üretim ve karakterizasyon süreci Kastamonu Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü Katıhal Laboratuvarı ve MERLAB’ta gerçekleştirilecektir. Proje süresinin ise 12 ay olması öngörülmektedir