Sürekli gelişen optoelektronik teknolojisi alternatif saydam iletken oksit
malzemelere ihtiyaç duymaktadır. Bu amaçla, yaptığımız çalışmada magnezyum oksit
(MgO) ile katkılanan çinko oksit (ZnO) filmlerin katkılanma sonrası sahip olacağı
karakteristikler incelenmiştir. ZnO filmler, saydam iletken oksit malzemelerin en
önemlilerinden biri olup optoelektronik teknolojisinde sıklıkla kullanılır. ZnO tabanlı
optoelektronik malzemelerin uygulama alanlarını genişletmenin önemli bir adımı yasak
enerji aralığı mühendisliğinin gerçekleştirilmesidir. Bu amaçla ZnO, bir başka geniş yasak
enerji aralığı değerine sahip olan MgO gibi bir bileşik ile yasak enerji aralığının
genişletilmesi için alaşım oluşturabilir. ZnO, MgO ile katkılandığında oluşan MgZnO
yapısının yasak enerji aralığı değeri, katkılanan MgO’nun konsantrasyonunun artması ile
artırılabilir. Bu çalışmada, (MgO)x(ZnO)1-x filmler (x değeri 0’dan 1’e değişir) sol-gel
döndürerek kaplama tekniği ile farklı MgO katkı konsantrasyonlarında cam taban üzerine
üretilmiştir. Döndürerek kaplamanın her bir parametresini değiştirerek her seri için en iyi
filmin oluşacağı şartlar belirlenmiştir. Oluşan filmlerin yapısal, yüzeysel, optiksel ve
elektriksel özellikleri sırasıyla, X-Işını Kırınımı (XRD), Alan Emisyonu Taramalı Elektron
Mikroskobu (FESEM), UV-Visible Spektroskopisi ve Dört Uç Metodu kullanılarak karakterize
edilmiş ve bu özellikler üzerine katkılamanın etkileri incelenmiştir. Hangi filmin en iyi
kristalleşmeyi gösterdiği XRD desenlerinden belirlenmiştir. MgZnO filmlerinin yüzey
morfolojisinin MgO katkılaması ile değiştiği gözlemlenmiştir. Elde edilen filmlerin optik
özellikleri incelenerek direkt bant geçişli malzemeler oldukları tespit edilmiştir. Optik metot
yardımı ile yasak enerji aralıkları 3.33-4.34 eV aralığında bulunmuştur. (MgO)x(ZnO)1-x
filmlerin yasak enerji aralığının x değerini 0’dan 1’e doğru yükselterek ayarlanabileceği
gözlenmiştir. Dört uç metodu kullanılarak filmlerin elektriksel özdirenç değerleri
belirlenmiş ve MgO katkısı ile bu değerlerin arttığı görülmüştür. Yapılan bu incelemeler
sonucunda, elde edilen filmlerin yapısal, yüzeysel, optiksel ve elektriksel özelliklerinin,
katkılama konsantrasyonuna bağlı olarak değiştiği belirlenmiştir.
Continuously developing optoelectronic technology needs alternative transparent
conductive oxide (TCO) materials. For this purpose, the effects of magnesium oxide
(MgO) doping on the characteristics of zinc oxide (ZnO) films have been investigated in
this study. ZnO films are one of the most important members of TCO materials and they
are widely used in optoelectronic technology. An important step to extend the applications
of ZnO-based optoelectronic materials is the realization of band gap engineering. To this
end, ZnO can be alloyed with another high optical band gap compound like MgO to
increase its band gap. By doping ZnO with MgO, the band gap of MgZnO alloys can be
increased by increasing the concentration of MgO. In this study, (MgO)x(ZnO)1-x films
(x varies from 0 to 1) have been produced by sol-gel spin coating technique with different
MgO concentrations on a glass substrate. By changing each parameters of spin coating
technique, the conditions of the best film that produced were determined for each series.
The structural, surface, optical and electrical properties of the films have been
characterized using X-Ray Diffraction (XRD), Field Emission Scanning Electron
Microscopy (FESEM), UV-Visible Spectroscopy and Four-Probe Method respectively and
the effects of doping on these properties have been investigated. Which film showed the
best crystallization has been determined from the XRD patterns. It has been observed that
the surface morphology of the MgZnO films was changed by MgO incorporation. Optical
properties of the films have been examined and it has been determined that all films have
direct band structure. Optical band gap values have been found to be between 3.33 and
4.34 eV by optical method. It was observed that the band gap of the (MgO)x(ZnO)1-x films
can be adjusted by increasing the x values from 0 to 1. Four-probe method has been used to
determine the electrical resistivity values of the films and it has been seen that these values
increased by MgO doping. Finally, structural, surface, optical and electrical properties of
the films have been determined to vary according to the dopant concentration.
