Electron paramagnetic resonance studies on oxygen related defects in memristive system

Abstract

Bu tez çalışmasında, darbeli lazer biriktirme (PLD) yöntemi ile SiO2 alttaş üzerinde büyütülen memristif TiO2 ince filmlerin yapısal ve optik özellikleri sunulmuştur. Ayrıca oksijen kusurların oluşturulması ve dinamiğinin araştırılması için (100) ve (001) kristal yönelimli tek kristal TiO2 örneklere Argon (Ar+), Kobalt (Co+) ve Demir (Fe+) iyonu aşılaması ve tavlama işlemi yapılmış ve karakterize edilmiştir. Ticari olarak satın alınan farklı kristal düzlemlere sahip TiO2 alttaşlar Rusya Kazan Fizik Enstitüsü'nde Ar+, Co+ ve Fe+ iyonları ile aşınlanmış ve tavlama işlemi uygunlanmıştır. Hazırlanan bulk tek kristal örnekler, Gebze Teknik Üniversitesi'nde Bruker EMX X-band (9.5 GHz) model ESR spektrometresi kullanılarak manyetik özellikleri araştırılmıştır. Paramanyetik iyonların yerel simetrileri oksijen kusurlarının varlığı ile açıklanmıştır. Memristör devre elemanı için KrF lazer (? = 248 nm) tabanlı PLD sistemi kullanarak TiO2 ince filmler üretilip yapısal özellikleri, X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), X-ışını difraksiyonu (XRD), x-ışını yansıması (XRR), ve Bahçeşehir Üniversitesi'nde Cary Eclipse Flourescence tekniği kullanılarak aydınlatılmıştır. Ayrıca paramanyetik iyon katkılı örneklerin mıknatıslanma ölçümleri Titreşimli örnek manyetometresi (VSM) kullanılarak ölçülmüştür. Gerek iyon aşılaması gerekse ısıl işlem sonucu yapı içerisinde oksijen kusurlarının varlığı gözlemlenmiş ve ince film şeklinde hazıralanan örneklerin memrisrtif davranış sergileyebilecekleri ortaya konulmuştur.In this thesis, the structural and optical properties of the thin TiO2 thin films have been grown on the SiO2 substrate by pulsed laser deposition (PLD) method are presented. In addition, Argon (Ar+), Cobalt (Co+) and Iron (Fe+) ion implantation and annealing were performed on (100) and (001) crystal oriented single crystal TiO2 samples for the formation and dynamics of oxygen defects. Commercially purchased TiO2 substrates with different crystal planes were implanted with Ar+, Co+ and Fe+ ions at the Kazan Physics Institute in Russia and annealing was performed. Prepared bulk single crystal samples were investigated for magnetic properties using Bruker EMX X-band (9.5 GHz) model ESR spectrometer. Local symmetries of paramagnetic ions are explained by the presence of oxygen defects. Production of TiO2 thin films using KrF laser (? = 248 nm) based PLD system for the memristive circuit element, structural properties, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), x-ray reflection (XRR) at Gebze Technical University, and Cary Eclipse Fluorescence technique at Bahçeşehir University. In addition, the magnetization measurements of paramagnetic ion-doped samples were measured using vibrating sample magnetometer (VSM). The presence of oxygen imperfections in the structure as a result of both ion grafting and heat treatment was observed and it was demonstrated that the samples prepared as thin films could exhibit memristive behavior.