Cu2O [bakır (I) oksit] ince filmlerin elektrokimyasal teknikle üretilmesi ve özelliklerinin araştırılması

Abstract

Bu tez çalışmasında, p-tipi yarıiletken özellik gösteren Cu2O filmler, ITO alttabaka üzerine, pH değeri 10 ve sıcaklığı 500C olan çözelti içinde elektrodepoziyon tekniği kullanılarak üretildi. Depozisyon potansiyeli, dönüşümlü voltammetri tekniği ile belirlendi. Buna göre – 260 mV, - 320 mV, -400 V , -480 mV’ da 500 nm, 1000 nm, 2000 nm kalınlıklarında filmler üretildi. Depozisyon sırasında kaydedilen akım yoğunluğu– zaman geçişleri ile filmlerin çekirdeklenme ve büyüme durumları incelendi. Filmlerin kristal yapı özellikleri X-Işını Difraksiyonu tekniği ile tayin edildi. Üretilen tüm filmlerde Cu2O’ in, kübik yapısının karakteristik pikleri olan ve (110), (111), (200), (220), (311), (222) düzlemlerinden gelen yansımalar elde edildi. Her bir yansımaya ait düzlemler arası uzaklık değerleri, tane boyutları ve filmlerin örgü sabitleri hesaplandı. Düzlemler arası uzaklık ve örgü sabiti değerlerinin teorik değerler ile uyumlu olduğu bulundu. Hesaplanan örgü katsayılarına göre -260 mV’ da 500 nm ve 2000 nm kalınlığında üretilen filmlerin tercihli yönelimi (110), 1000 nm kalınlığındaki filmin ise (200)’ dır. -320 mV’ da üretilen 500 ve 1000 nm kalınlıklı filmler (110) yönelimini tercih ederken 2000 nm kalınlıklı film (111) yönünde kristallendi. -400 mV ve -480 mV’ da tüm kalınlıklarda filmler, (111) tercihli yönelimine sahiptir. Mott-Schottky ölçümlerine göre Cu2O filmleri p tipi yarıiletken özellik gösterir. –260 mV’da kalınlık attıkça düz bant geriliminde azalma gözlenirken -480 mV’da düzgün bir değişim gözlenmedi. Filmlerin hesaplanan taşıyıcı yoğunlukları literatür ile uyumludur. Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi ile çözelti direnci, yük transfer direnci ve difüzyon açısı elde edildi. Filmlerin morfolojik özellikleri, taramalı elektron mikroskobuyla (SEM) analiz edildi. SEM görüntülerine göre Cu2O yapıları küresel görünüme sahiptir. Kalınlık artışıyla tane boyutlarında ve taneler arası mesafede artış, gözlendi.

In this work, p-type semiconductor Cu2O films were electrodeposited on ITO substrate, from a solution with a pH value of 10 and a temperature of 500C. The deposition potentials were determined as -260, -320, 400 and -480 mV from cyclic voltammograms. The thickness of the films were 500, 1000 and 2000 nm. Nucleation and growth mode of the films were studied by current density-time. The crystal structure properties were determined by X-ray diffraction technique. All deposited films have characteristic reflections of cubic crystal of Cu2O, which are (110), (111), (200), (220), (311), (222). d-spacing, grain size, lattices parameter and texture coefficient were calculated. The d-spacing and the lattices parameter are compatible with the theoretical values. According to the texture coefficients, at -260 mV, the films with the thicknesses of 500 nm and 2000 nm have (110) preferential orientation, and the thickness of 1000 nm has (200) preferential orientation. At -320 mV, the films with the thicknesses of 500 nm and 1000 nm have (110) preferential orientation and the thickness of 2000 nm has (111) preferential orientation. All films deposited at -400 and -480 mV have (111) preferential orientation Mott-Schottky measurements revealed that all films are p-type semiconductor. For -260 mV, the flat band potential decreases with the increasing the thickness. For -480 mV, there is not any regular change. From the electrochemical impedance spectroscopy the solution resistance, the charge transfer resistance and diffusion angle were determined. The morphology was investigated by scanning electron microscopy (SEM). Cu2O films have spheres on the surface. As the thickness increases, the size of the spheres and the distance between the spheres increase.