Seryum katkılı çinko oksit nanoçubuk yapılı fotodedektör özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the properties of cerium-doped zinc oxide nanorod structured photodetectors
- Tez No: 1010023
- Danışmanlar: PROF. DR. SELİM ACAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde çevre izleme, enerji yönetimi, güvenlik sistemleri ve akıllı cihazlarda kritik öneme sahip sensör teknolojileri için yüksek duyarlılıklı fotodedektörlerin geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu tez çalışması, görünür bölgeye duyarlı ZnO temelli fotodedektörlerin performansını artırmak amacıyla tohum tabaka stabilizatörü, hidrotermal büyütme kimyası ve seryum katkılaması gibi temel üretim parametrelerini sistematik olarak incelemiştir. İlk seri kapsamında, hidrotermal büyütmenin ön aşaması olan tohum tabakanın daldırma kaplama yöntemiyle hazırlanmasında kullanılan stabilizatörlerin etkisini incelemek amacıyla Z-MEA, Z-DEA ve Z-TEA numuneleri üretilmiş; bu numuneler üzerinde yapısal, morfolojik ve optik analizler gerçekleştirilmiştir. TEA stabilizatörünün en yüksek geçirgenliği, en düşük soğurma, düşük sönüm katsayısını, en düşük Urbach enerjisini (81 meV) ve en küçük doğrusal olmayan optik parametreleri (n₂ ≈ 6,3×10-13 cm²/W) sağlayarak optik açıdan en kaliteli ZnO tabakasını oluşturduğu belirlenmiştir. İkinci aşamada ise TEA stabilizatör seçilerek farklı HMTA molar oranlarında büyütme ile, hidrotermal büyütmede HMTA oranının kritik bir rol oynadığı gösterilmiş; ZnO:HMTA = 1:1,5 oranında (ZH15) homojen, yüksek boy/en oranlı ve yoğun nanoçubuk yapısının oluşmasıyla maksimum foto yanıt ve spesifik tespit değerlerine ulaşmıştır. Üçüncü aşamada yapılan Ce katkılaması ise ZnO'nun bant aralığını daraltarak görünür bölge soğurma kabiliyetini artırmış, yanıt hızlarını iyileştirmiştir. %5 Ce katkılı Zn₀.₉₅Ce₀.₀₅O numunesi 3,94×10-2 A/W foto yanıt, 6,74×109 Jones spesifik tespit ve 4,7/5,2 s yanıt-geri dönüş süreleriyle en yüksek performansı vermiştir. Sonuçlar HMTA optimizasyonu ve Ce katkısının ZnO temelli fotodedektörlerin duyarlılığını, kararlılığını ve görünür bölge performansını belirgin şekilde artırdığını; Ce-katkılı ZnO nanoçubukların düşük maliyet, çevre dostu üretim ve yüksek verimlilik avantajlarıyla optoelektronik sensör teknolojilerinde güçlü ve uygulanabilir bir malzeme platformu sunduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The development of highly sensitive photodetectors is of great importance for sensor technologies that play a critical role in environmental monitoring, energy management, security systems, and smart devices. This thesis systematically investigates key fabrication parameters-namely the seed layer stabilizer, hydrothermal growth chemistry, and cerium doping-in order to enhance the performance of ZnO-based photodetectors sensitive to the visible spectral region. In the first stage, to examine the effect of stabilizers used in the preparation of the seed layer via the dip-coating method, which constitutes the preliminary step of hydrothermal growth, Z-MEA, Z-DEA, and Z-TEA samples were fabricated. Structural, morphological, and optical analyses were performed on these samples. Among the stabilizers, TEA was found to produce the optically highest-quality ZnO seed layer by providing the highest optical transmittance, lowest absorbance, reduced extinction coefficient, the lowest Urbach energy (81 meV), and the smallest nonlinear optical parameters (n₂ ≈ 6.3 × 10-13 cm²/W). In the second stage, TEA was selected as the stabilizer, and hydrothermal growth was carried out at different HMTA molar ratios. The results demonstrated that the HMTA ratio plays a critical role in hydrothermal growth. At a ZnO:HMTA ratio of 1:1.5 (ZH15), a dense, homogeneous, and high aspect-ratio ZnO nanorod structure was obtained, leading to maximum photoresponsivity and detectivity values. In the third stage, cerium doping was employed to further enhance device performance. Ce incorporation effectively narrowed the band gap of ZnO, increased visible-light absorption, and improved response speed. The 5% Ce-doped Zn₀.₉₅Ce₀.₀₅O photodetector exhibited the highest performance, with a photoresponsivity of 3.94 × 10-2 A/W, a detectivity of 6.74 × 109 Jones, and response/recovery times of 4.7/5.2 s. Overall, the results reveal that HMTA optimization and Ce doping significantly improve the sensitivity, stability, and visible-light performance of ZnO-based photodetectors. Ce-doped ZnO nanorods offer a promising and practical material platform for optoelectronic sensor technologies due to their low-cost, environmentally friendly fabrication process and high performance.
Benzer Tezler
- Fotovoltaik uygulamalar için Ce katkılı ZnO nanoyapıların sentezi ve UV zırhlama kabiliyetlerinin incelenmesi
Synthesis and investigation of UV shielding capabilities of Ce doped ZnO nanostructures for photovoltaic applications
YUSUF ÖZPOLAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN ALGÜN
- Ce katkılı ZnO filmlerinin elde edilmesi, fiziksel karakterizasyonu ve aygıt uygulamaları
Characterization, deposition of the ce doped ZnO films and its device application
FATMA ÜNÜGÜR SAKARYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Teknik ÜniversitesiKatıhal Fiziği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YASEMİN ÇAĞLAR
- Improvement of photocatalytic properties of metal oxide nanoparticles
Metal oksit nanopartiküllerin fotokatalitik özelliklerinin geliştirilmesi
SERDAR GÜLTEKİN
Doktora
İngilizce
2025
Metalurji MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. IŞIL BİRLİK
- Assessment of the optical properties of template assisted synthesized metal oxide structures
Şablon destekli sentezlenmiş metal oksit yapıların optik özelliklerinin değerlendirilmesi
AHMET KAHRAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Mühendislik BilimleriDokuz Eylül ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NECMİYE FUNDA AK AZEM
DOÇ. DR. RAMAZAN DALMIŞ
- Ahşap malzemenin fotodegradasyona karşı dayanıklılığının tanen ve nano metal oksitler ile arttırılması
Improvements on weathering resistance of wood by tannin and nano metal oxides
ÖMÜR AHMET YAZICI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Ağaç İşleriBursa Teknik ÜniversitesiOrman Ürünleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EYLEM DİZMAN TOMAK