Mangan katkılı çinko oksit ince filmlerin manyetik, optik ve elektriksel özellikleri

Abstract

Bu tez çalışmasında Mangan (Mn) katkılı Çinko Oksit (Zn1-xMnxO, x=0,01 ile x=0,1 arasında değişen oranlarda) ince filmler farklı kristalit yapılarda (nano küre, nano rod) ve farklı alttaşlar (cam ve silikon alttaş) üzerinde büyütülerek malzemelerin yapısal, manyetik, optik ve elektriksel özellikleri ve kendi sınıfında Mn katkılamanın etkileri incelenmiştir. Yapısal incelemeler X-Işını Kırınım Spektroskopisi (XRD), Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM), Enerji Dağıtıcı X-Işını Spektroskopisi (EDS) kullanılarak, mıknatıslanma ve manyetik rezonans ölçümleri sırasıyla Titreşimli Örnek Spektroskopisi (VSM) ve Elektron Paramanyetik Rezonans (EPR) spektroskopisi kullanılarak yapılmıştır. Optik soğurma ölçümleri monokramatör kullanılarak elde edilmiştir. Yapısal incelemeler sonucunda Mn katkılamanın oranlarına göre yapısal değişimler gözlenmiştir. Mn katkılama ile kristalit boyutlarının değişimleri ile birlikte bazı katkılama oranlarında kristalit oluşumunun bastırılması gibi olaylar ortaya çıkmıştır. Mıknatıslanma ölçümlerinde, cam üzerine büyütülen malzemelerde Mn katkısının mıknatıslanmaya manyetik faz bakımından etki etmediği sadece mıknatıslanmanın genliğini değiştirdiği görülmüştür. Cam üzerine büyütülen numuneler paramanyetik durumda bulunmaktadır. Silikon alttaş üzerine büyütülen numunelerde Mn katkılama ile ferromanyetik durum ortaya çıktığı ve katkılama miktarının %10 yani maksimum olduğu durumda üretilen manyetik enerjinin (histerezis bölgesi) maksimuma ulaştığı görülmüştür. Bu numunelerin Ferromanyetik-Paramanyetik faz geçiş sıcaklıkları 50-100 K arasındadır ve oda sıcaklığında paramanyetik düzen sergilemektedirler. Optik soğurma-geçiş incelemeleri cam üstüne büyütülen numuneler için yapılmış ve yarıiletken olan bu malzemelerin band enerji aralıklarının katkılama ile düştüğünü ortaya çıkmıştır. Yine cam numuneler için EPR rezonans çizgilerinin açıya bağlılığı düzlem dışı geometride incelenmiştir. Bütün numuneler toz numune gibi davrandığı ve elde edilen pikleri izotropik Mn pikleri olduğu görülmüştür.

In the thesis study, Manganese (Mn) doped Zinc Oxide (Zn1-xMnxO, x=0,01 to x=0,1) thin films deposited using different crystallite structures (nanorod, nanosphere) and different substrates (glass and silicon wafer), and investigated structural, magnetic, optical and electrical properties and effects of doping in its class. Structural analyses made using X-Ray Diffraction Spectroscopy (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS), magnetization and magnetic resonance analyses made using Vibrating Sample Magnetometer (VSM) and Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy (EPR). Optical absorption measurements obtained using monochromator. Structural investigations showed structural changes according to the rates of Mn doping. With Mn-doping, a phenomena such as variations in crystallite sizes and suppression of formation at some doping rates have been observed. In the magnetization measurements, it was observed that the Mn contribution did not affect the magnetization in terms of the magnetic state in materials deposited on glass, but only changed the amplitude of the magnetization. Samples grown on glass are in a paramagnetic state. It has been observed that in the samples grown on silicon substrate, a ferromagnetic state appears with Mn doping and the magnetic energy (hysteresis region) produced reaches its maximum value when the doping amount is 10 %, i.e. maximum. The Ferromagnetic-Paramagnetic phase change temperatures of these samples are between 50-100 K and exhibit a paramagnetic pattern at room temperature. Optical absorption-transition studies were carried out for glass materials and it was revealed that the band energy ranges of these semiconductor materials decreased with doping. Once again for glass samples, the angle dependence of the EPR resonance lines was investigated in out-of-plane geometry. All samples were found to behave like powder samples and the peaks obtained were isotropic Mn peaks.