Hidrotermal yöntem ile üretilen nikel (Nİ) ve gadolinyum (GD) katkılı zno nanoçubuk ince filmlerin karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, büyüme sıcaklığının ve katkı konsantrasyonunun Gd ve Ni katkılı çinko oksit nanoçubukların (ZnO NR'lar) özellikleri üzerindeki etkisini inceledi. ZnO çekirdekleyici tabaka, sol-jel ve daldırmalı kaplama yöntemi kullanılarak cam altlıklar üzerine üretilmiştir. Üretilen bu çekirdekleyici tabaka kullanılarak hidrotermal yöntemle bir boyutlu ZnO yarıiletken yapılar cam altlık üzerine nanoçubuk formunda büyütülmüştür. ZnO'ya nadir toprak elementi (Gd) ve geçiş metali (Ni) katkılanarak, katkı elementlerinin ZnO NR'ların, kristal yapısı, optik, yüzey morfolojisi görünümleri ve elektriksel özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Üretilen tüm numunelerin kristal yapı özellikleri ve yüzey morfolojilerinin katkı ile değişimi sırasıyla X-ışınları difraktometresi (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak belirlenmiştir. Optik özelliklerin belirlenmesi için UV-Vis spektrofotometresi kullanılmıştır. Elektriksel özelliklerini karakterize etmek için Hall Effect cihazı kullanılmıştır. XRD ve SEM sonuçları incelendiğinde kristal yapı ve yüzey morfolojisinde katkı elementi ve oranına bağlı olarak meydana gelen değişimler numuneleri farklı amaç ve uygulamalarda kullanılabilir hale getirebilmektedir. Ayrıca SEM görüntüleri, 90°C'de büyütülen ZnO NR'ların, diğer büyüme sıcaklıklarında büyütülenlerle karşılaştırıldığında daha uygun bir yüzey morfolojisine ve iyi tanımlanmış altıgen şekle sahip olduğunu gösterdi. Buradan yola çıkarak üretim parametrelerini değiştirmek suretiyle nanoçubukların çap, uzunluk, şekil gibi morfolojik özelliklerinin yanında geçirgenlik, bant aralığı gibi optik özelliklerinin de ayarlanabileceği görüldü. 75oC; 90oC ve 105oC'de 5 saatte üretilen ZnO nanoçubuklar üzerine, nadir toprak elementi olarak Gd ve 90oC'de 5 saatte üretilen geçiş metali olarak Ni elementleri ağırlıkça %1; 3; 5; 7 ve 10 oranlarında katkılanmıştır. Katkılama sonucu Zn1-xNixO ve Zn1-xGdxO serileri elde edildi. Elde edilen numunelerin X-ışını kırınım desenlerinde herhangi bir ikincil faza rastlanılmaması tüm katkı elementlerinin başarılı bir şekilde ZnO kristal yapısına yerleştiğini gösterdi. Sonuç olarak bu çalışmada Gd ve Ni katkılı ZnO NR'ların yapısal, morfolojik, elektriksel ve optik özelliklerinin büyüme sıcaklığı, katkı maddesi türü ve konsantrasyon arasındaki ilişkisi detaylı olarak incelendi.