Sol-jel yöntemi ile üretilen ti(IV) katkılı Zno tabanlı seyreltik manyetik yarıiletken nano tozların ve ince filmlerin karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, Ti(IV) katkılı ZnO tabanlı seyreltik manyetik yarıiletken (DMS) nano tozlar ve ince filmler, sol-jel yöntemi kullanılarak başarıyla üretilmiştir. Farklı çözücüler (MEA ve 2- propanol) ve kontrollü tavlama koşulları (600 °C, 30 dk) altında nano tozlar ve ince film numuneler hazırlanmıştır. İnce filmler, daldırma kaplama yöntemi ile cam altlıklar üzerine kaplanmıştır. Bu tezde, katkılamanın ve çözücülerin ZnO’nun yapısal, morfolojik, mekanik, optik, manyetik ve elektriksel özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Yapısal analizler, Ti katkısının ZnO kristal kafesine başarılı bir şekilde entegre olduğunu ve ikinci bir faz oluşumu olmaksızın kristal yapıyı koruduğunu göstermiştir. SEM görüntüleri, Ti katkısı ile birlikte partikül morfolojisi ve yüzey pürüzlülüğünde belirgin değişikliklere yol açtığını ortaya koymuştur. Mekanik analizlerde, MEA çözücüsü ile hazırlanan numunelerin sertlik ve elastiklik modülünde üstünlük sağladığı, buna karşın 2-propanol çözücüsü ile hazırlanan numunelerin ise daha yüksek kırılma tokluğuna sahip olduğu tespit edilmiştir. Manyetik ölçümler, Ti katkısıyla birlikte ZnO’ya ferromanyetik özellik kazandırdığını ve özellikle %4 ile %5 katkı oranlarında güçlü ve belirgin ferromanyetik davranışın ortaya çıktığını net biçimde göstermiştir. Optik analizlerde, geçirgenliğin Ti katkısı ile azaldığı ancak belirli katkı seviyelerinde (örneğin Ti2) bu etkinin minimum olduğu görülmüştür. Elektriksel analizler, %2 Ti katkılı numunenin en yüksek taşıyıcı yoğunluğu gösterdiğini, %4 ve %5 katkı oranlarında ise yeniden bir artış eğilimi gözlemlendiğini ortaya koymuştur. Sonuç olarak, Ti(IV) katkısının ZnO’nun yapısal bütünlüğünü koruyarak özellikle %2–%4 katkı aralığında optik, manyetik ve elektriksel özelliklerini belirgin şekilde iyileştirdiği tespit edilmiştir. Elde edilen veriler, Ti katkılı ZnO nanomalzemelerin seyreltik manyetik yarıiletken uygulamaları için önemli bir potansiyel taşıdığını ve bu malzemelerin ileri teknoloji alanlarında değerlendirilebileceğini göstermektedir.