Samaryum katkısının bakır oksit ince filmlerin fiziksel ve elektriksel özelliklerine etkisi
Effect of samarium addition on physical and electrical properties of copper oxide thin films
- Tez No: 953515
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ŞİLAN BATURAY, DOÇ. DR. CİHAT ÖZAYDIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Dicle Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Bu çalışmada, farklı ağırlık oranlarında (0, 1, 2 ve 3 wt%) samaryum (Sm) katkılı bakır oksit (CuO) filmleri, dönel kaplama inc film elde etme yöntemi kullanılarak mikroskop camı cam altlıklar üzerine biriktirilmiştir. Çalışmanın amacı, farklı Sm katkı konsantrasyonlarının CuO'nun yapısal, yüzeysel ve optik özellikleri üzerindeki etkisini incelemektir. Filmlerin yapısal analizi X-ışını difraksiyonu (XRD) ile gerçekleştirilmiş ve filmlerin çok kristalli yapıda olduğu, (-111) kristalografik yönelimi boyunca tercihli bir yönelime sahip olduğu belirlenmiştir. Elde edilen samaryum katkılı CuO filmler için kristalit büyüklüğü ( D_hkl ), dislokasyon yoğunluğu (δ_hkl), FWHM (β_hkl) ve mikro-gerinim (ε_hkl) değerleri, XRD verileri kullanılarak değerlendirildi Örneklerin optik özellikleri UV–Vis spektrofotometresi kullanılarak karakterize edilmiştir. Kristalit büyüklüğü (-111) yönelimli pik için 30,04 nm'den 16,52 nm'ye düşerken, dislokasyon yoğunluğu değeri, 11,08 x 1014 m- 2'den 36,66 x 1014 m- 2'ye ve mikro gerinim değeri ise, 4,01 x 10-4'den 7,12 x 10–4'e yükselmiştir. (200) yönelimi için ise kristal büyüklüğü 27,78 nm'den 15,21 nm'ye düşerken, dislokasyon yoğunluğu 12,96 x 1014 m-2'den 43,25 x 1014 m-2'ye ve mikro gerinim değeri 4,22 x 10-3'den 7,12 x 10–3'e artmıştır. CuO için farklı bir morfoloji gözlenmiştir; yapılar daha çok yarı küresel biçimde olup, küçük topaklamalar göstermektedir. Elde edilen örneklerin yüzey davranışları, CuO yapısında Sm konsantrasyonunun önemli değişimlere yol açtığını ortaya koymaktadır. Elde edilen sonuçlar, Sm katkısının CuO'nun bant aralığı üzerinde belirgin bir etkisi olduğunu göstermiştir. Katkısız CuO ve %1, %2 ve %3 Sm katkılı CuO örneklerinin enerji bant aralığı sırasıyla 1,80, 1,90, 2,10 ve 2,20 eV olarak bulunmuştur. Elde edilen sonuçlara göre, CuO'ya eklenen Sm oranı %0'dan %3'e çıktıkça, bant aralığı değeri 1,80 eV'dan 2,20 eV'a kadar önemli bir artış göstermiştir. Katkısız ve Sm katkılı CuO filmlerinin kırılma indisleri ve dielektrik sabitleri Moss, Herve & Vandamme ve Ravindra yöntemleri kullanılarak hesaplanmıştır. Farklı yöntemlerle elde edilen hesaplama sonuçları tutarlıdır ve malzemenin optik karakterizasyonunun güvenilir olduğunu göstermektedir. Çalışma, filmlerin soğurma katsayısının katkılı Sm'nin parçacık boyutuyla ters orantılı olduğunu ortaya koymuştur. Sm ile katkılanmış filmler daha küçük parçacık boyutları göstermiş ve bu da soğurma katsayısında bir azalmaya neden olmuştur. Sönüm katsayısı açısından ise, katkısız CuO örneği, görünür bölgede diğer örneklere kıyasla belirgin bir pik göstermiştir ve bu durum bu bölgede daha güçlü bir soğurma olduğunu göstermektedir. Yüksek kristalin yapıya sahip olan katkısız CuO örneği, görünür bölgede daha yüksek foton enerjilerini soğurma eğiliminde olup, bu da düşük bant aralığı bölgesinde artan bir optik iletkenliğe yol açmıştır. Bu davranış, katkısız CuO örneğini, görünür spektrumda ışık soğurma açısından daha verimli hale getirmiştir. Buna karşın, Sm katkılı CuO filmler, daha düşük foton soğurması nedeniyle nispeten azalmış optik iletkenlik sergilemiştir. Genel olarak, bu çalışma Sm katkısının CuO filmlerinin yapısal ve optik özellikleri üzerindeki etkisini ortaya koymaktadır. Bulgular, CuO'nun Sm ile katkılanmasının malzemenin optik davranışını değiştirdiğini; katkısız CuO'nun görünür bölgede daha yüksek optik iletkenlik sergilediğini, ancak Sm katkılı CuO filmlerin optoelektronik ve güneş enerjisi uygulamaları için umut verici potansiyel taşıdığını göstermektedir. n-Si/CuO/Ag diyotunun lnI-V grafiğinden idealite faktörü n=2,84, engel yüksekliği; 0,793 eV ve kısa devre akımı ise, 5,4 x10-8 A, n-Si/%1Sm:CuO/Ag diyotunun grafiğinden idealite faktörü n=1,99, engel yüksekliği; 0,73 eV ve kısa devre akımı ise, 7,1 x10-7 A, n-Si/%2Sm:CuO/Ag diyotunun idealite faktörü n=2,84, engel yüksekliği; 0,793 eV bulunurken, n-Si/%3Sm:CuO/Ag diyotunun idealite faktörü n=2,57, engel yüksekliği; 0,725 eV ve kısa devre akımı ise, 6,9 x10-9 A bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
In this research, samarium (Sm)-doped copper oxide (CuO) samples were successfully fabricated on soda-lime glass substrates using the spin coating method, with Sm concentrations of 0, 1, 2, and 3 weight percent. The primary objective was to examine how varying levels of Sm doping influence the structural, topological, and optical characteristics of CuO. Structural evaluation conducted via X-ray diffraction (XRD) confirmed that the obtained samples exhibit a polycrystalline structure, predominantly oriented along the (-111) crystallographic plane. Crystallite size (D_hkl), interplaner distance (d_hkl), dislocation density (δ_hkl), full width at half maximum (β_hkl), and micro-strain (ε_hkl) for the Sm-doped CuO samples were evaluated related to the XRD data. For the (-111) plane, crystallite size decreased from 30.04 nm to 16.52 nm, dislocation density increased from 11.08 × 1014 m-2 to 36.66 × 1014 m-2, and microstrain increased from 4.01 × 10-4 to 7.12 × 10-4. Similarly, for the (200) plane, crystallite size decreased from 27.78 nm to 15.21 nm, dislocation density increased from 12.96 × 1014 m-2 to 43.25 × 1014 m-2, and microstrain increased from 4.22 × 10-3 to 7.12 × 10-3. Morphologically, CuO exhibited a quasi-spherical shape with small agglomerations. Surface analyses demonstrated that Sm doping significantly altered the CuO film morphology. Optical characterizations were conducted using UV–Vis measurement system. The findings demonstrated that samarium doping significantly influenced the band gap value of CuO samples. The estimated band gap values were 1.80 eV for the undoped sample, increasing progressively to 1.90 eV, 2.10 eV, and 2.20 eV for the films doped with 1%, 2%, and 3% Sm, respectively. These outcomes reveal a notable widening of the band gap as the Sm doping concentration upsurges from 0% to 3%. The dielectric constants and refractive indices of both pure and Sm-doped CuO samples were estimated using theoretical models proposed by Moss relation, Hervé & Vandamme relation, and Ravindra relation. The consistency among these methods confirms the reliability of the optical characterization. The study also revealed an inverse relationship between the absorption coefficient and particle size, where Sm doping resulted in smaller crystallite sizes and a consistent reduction in the absorption coefficient. The pure CuO film displayed a distinct peak within the visible spectrum compared to the other CuO samples, suggesting enhanced light absorption in that wavelength region. The high crystallinity of the undoped CuO promoted absorption of greater photon energies (hν) in the visible spectrum, contributing to enhanced optical conductivity value at lower energy band. Consequently, the undoped CuO showed higher light absorption efficiency in the visible region. In contrast, Sm-doped CuO samples demonstrated reduced photon absorption and correspondingly lower optical conductivity. In summary, this study demonstrates that Sm doping significantly influences the structural, topological, and optical characteristics of CuO samples. The results indicate that while undoped CuO exhibits greater optical conductivity within the visible range, the incorporation of Sm alters the material's optical properties in ways that make the doped films promising candidates for use in optoelectronic devices and solar energy applications. The electrical characterization of the n-Si/CuO/Ag heterojunction diode revealed the following parameters resulting from the ln(I)-V plot: for the undoped CuO diode, the ideality factor was 2.84, barrier height was 0.793 eV, and leakage current was 5.4 × 10-8 A; for the 1% Sm-doped CuO diode, n = 1.99, barrier height 0.73 eV, and leakage current 7.1 × 10-7 A; for the 2% Sm-doped CuO diode, n = 2.84 and barrier height 0.793 eV; and for the 3% Sm-doped CuO diode, n = 2.57, barrier height 0.725 eV, and leakage current 6.19 × 10-9 A.
Benzer Tezler
- Kalay katkısının cuo ince filmlerin yapısal, optik ve elektriksel özelliklerine etkisi
The effect of tin doping on the structural optical and electrical properties of copper oxide thin films
NİZAMETTİN İPEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Fizik ve Fizik MühendisliğiDicle ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞİLAN BATURAY
- Bi1.6Pb0.4Sr2Ca2-xSmxCu3Oy süperiletkenine Sm2O3 katkısının etkileri
The effect of Sm2O3 doping on Bi1.6Pb0.4Sr2Ca2-xSmxCu3Oy superconductors
MUSTAFA YILMAZLAR
Doktora
Türkçe
2002
Fizik ve Fizik MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKREM YANMAZ
- Sm katkılı Ce esaslı hidroksiapatit numunelerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of cerium-based hydroxyapatites doped with samarium
GÜLAY VURAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiFırat ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER KAYĞILI
- Gd ve Sm Katkılı CeO2 bileşiklerinden elektrokimyasal yöntemle hidrojen eldesi
Obtaining hydrogen by electrochemical method from Gd and Sm doped CeO2 compounds
AYŞE KIRKGEÇİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
EnerjiKahramanmaraş İstiklal ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HANDAN ÖZLÜ TORUN
- Samaryum ve tulyum katkılı çinko borat fosforlarının lüminesans özelliklerinin incelenmesi ve termolüminesans dozimetresi olarak kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of luminescence properties and investigation of usability as a thermoluminescence dosimeter of samarium and tulium doped zinc borate phosphores
KENAN BULCAR
Doktora
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA TOPAKSU
DOÇ. DR. NİL KÜÇÜK