Üretilen filmlerin taramalı elektron mikroskobu (SEM)

Döndürerek kaplama yöntemi ile üretilen 500 °C ve 600 °C sıcaklıklarında ayrı ayrı tavlanan katkısız ZnO ve % 0,75, % 1 ve % 1,25 Al katkılı ZnO filmlerin yüzey görüntüleri, LEO 1430 VP model taramalı elektron mikroskobu (SEM) cihazı ile belirlenmiştir. Bu cihazda elektron kaynağı olarak kullanılan filament, W (Tungsten) filamenttir. Üretilen filmler, SEM analizleri yapılmadan önce daha yüksek çözünürlükte görüntülerinin alınabilmesi için, BAL-TEC SCD 005 Sputter Coater marka kaplama cihazı ile uygun kalınlıkta karbon (C) elementi ile kaplanmışlardır. Şekil 5.43’de bu çalışmada kullanılan taramalı elektron mikroskobu cihazının (SEM) fotoğrafı gösterilmektedir.

Şekil 5.43. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) cihazının fotoğrafı.

Bu çalışmada elde edilen tüm filmlerin SEM analizleri, genel görüntülerinin alımı için 2500 kez büyütmeyle ve daha detaylı görüntü incelemesi için ise, 10000 kez büyütme ile alınmıştır.

Şekil 5.44’de 500 ^oC’de tavlanmış katkısız ZnO filminin 2500 kez ve 10000 kez büyütme yapılarak elde edilen SEM görüntüleri gösterilmektedir.

(a)

(b)

Şekil 5.44. 500 ^oC’de tavlanmış katkısız ZnO filminin (a) 2500 kez ve (b) 10000 kez büyütülmüş SEM görüntüleri.

500°C Katkısız ZnO

500°C Katkısız ZnO

Şekil 5.45’de 500 ^oC’de tavlanmış % 0,75 Al katkılı ZnO filminin 2500 kez ve 10000 kez büyütme yapılarak elde edilen SEM görüntüleri gösterilmektedir.

(a)

(b)

Şekil 5.45. 500 ^oC’de tavlanmış % 0,75 Al katkılı ZnO filminin (a) 2500 kez ve (b) 10000 kez büyütülmüş SEM görüntüleri.

500°C %0,75 Al katkılı ZnO

500°C %0,75 Al katkılı ZnO

Şekil 5.46’da 500 ^oC’de tavlanmış % 1 Al katkılı ZnO filminin 2500 kez ve 10000 kez büyütme yapılarak elde edilen SEM görüntüleri gösterilmektedir.

(a)

(b)

Şekil 5.46. 500 ^oC’de tavlanmış % 1 Al katkılı ZnO filminin (a) 2500 kez ve (b) 10000 kez büyütülmüş SEM görüntüleri.

500°C %1 Al katkılı ZnO

500°C %1 Al katkılı ZnO

Şekil 5.47’de 500 ^oC’de tavlanmış % 1,25 Al katkılı ZnO filminin 2500 kez ve 10000 kez büyütme yapılarak elde edilen SEM görüntüleri gösterilmektedir.

(a)

(b)

Şekil 5.47. 500 ^oC’de tavlanmış % 1,25 Al katkılı ZnO filminin (a) 2500 kez ve (b) 10000 kez büyütülmüş SEM görüntüleri.

500°C %1,25 Al katkılı

500°C %1,25 Al katkılı ZnO

Şekil 5.48’de 600 ^oC’de tavlanmış katkısız ZnO filminin 2500 kez ve 10000 kez büyütme yapılarak elde edilenSEM görüntüleri gösterilmektedir.

(a)

(b)

Şekil 5.48. 600 ^oC’de tavlanmış katkısız ZnO filminin (a) 2500 kez ve (b) 10000 kez büyütülmüş SEM görüntüleri.

600°C Katkısız ZnO

600°C Katkısız ZnO

Şekil 5.49’da 5 katlı 600 ^oC’de tavlanmış % 0,75 Al katkılı ZnO filminin 2500 kez ve 10000 kez büyütme yapılarak elde edilenSEM görüntüleri gösterilmektedir.

(a)

(b)

Şekil 5.49. 600 ^oC’de tavlanmış % 0,75 Al katkılı ZnO filminin (a) 2500 kez ve (b) 10000 kez büyütülmüş SEM görüntüleri.

600°C %0,75 Al katkılı ZnO

600°C %0,75 Al katkılı ZnO

Şekil 5.50’de 600 ^oC’de tavlanmış % 1 Al katkılı ZnO filminin 2500 kez ve 10000 kez büyütme yapılarak elde edilen SEM görüntüleri gösterilmektedir.

(a)

(b)

Şekil 5.50. 600 ^oC’de tavlanmış % 1 Al katkılı ZnO filminin (a) 2500 kez ve (b) 10000 kez büyütülmüş SEM görüntüleri.

600°C % 1 Al katkılı ZnO

600°C %1 Al katkılı ZnO

Şekil 5.51’de 5 katlı 600 ^oC’de tavlanmış % 1,25 Al katkılı ZnO filminin 2500 kez ve 10000 kez büyütme yapılarak elde edilen SEM görüntülerigösterilmektedir.

(a)

(b)

Şekil 5.51. 600 ^oC’de tavlanmış % 1,25 Al katkılı ZnO filminin (a) 2500 kez ve (b) 10000 kez büyütülmüş SEM görüntüleri.

600°C %1,25 Al katkılı ZnO

600°C %1,25 Al katkılı ZnO

Döndürerek kaplama yöntemiyle üretilen filmlerin SEM analizleri incelendiğinde, filmlerin hepsinin cam taban yüzeyine, yapılan kaplama ile tamamen ve düzgün bir şekilde kaplandığı tespit edilmiştir.Bütün filmlerde, birbiriyle bağlantılı olarak çeşitli doğrultularda yönelmiş, XRD analizi ile desteklenen kristal yapılanması görülmüştür.

Bu çalışmada üretilen tüm filmlerin çeşitli uzunluk ve genişlikte, şekil olarak dallanmış ağaç köklerine veya kıvrımlı dağlara benzeyen bir görünüme sahip oldukları belirlenmiştir. Bu şekildeki yüzey morfolojisi literatürde kıvrımlı ağ (wrinkle network) veya nano-duvarlar olarak isimlendirilmektedir. Dolayısıyla üretilen tüm filmler kıvrımlı ağ yüzey morfolojisine sahiptirler. Bu nano yapılı yapılanma çinko asetat, etanolik çözücü ve etanolamin adlı kimyasal bileşiklerin kombinasyonlarından da meydana gelebilmektedir (Tiwari vd., 2012: Gültekin vd.’den (2016); Bu ve Cole, 2014: Gültekin vd.’den (2016);

Gültekin, D. vd., 2016). Kıvrımlı ağ morfolojisinin oluşumunun sebebi, döndürerek kaplama yönteminin kaplama parametrelerinden olan kurutma ve tavlama aşamalarında uygulanan ısıl işlemler nedeniyle, cam taban yüzeyinde bulunan çözeltinin içerisindeki uçucu kimyasalların yüzeyden uzaklaşması ile meydana gelen gerilim gevşemesi olabilir. Ayrıca bu yöntemde, kurutma ısıl işlemi sırasında, cam taban ile bu taban üzerine kaplanmış film arasında meydana gelen termal genleşme katsayıları arasındaki fark sebebiyle oluşan basma gerilimi de kıvrımlı ağ oluşumunda etkilidir. Bu fark sebebiyle, jel kıvamında oluşan film yapısı kıvrılma veya bükülme gibi durumlarla karşılaşmış olabilir (Kwon vd., 2005).

Çözücünün kaynama noktası da kurutma aşamasında meydana gelen gerilim gevşemesi (stres) durumunda etkilidir (Gültekin vd., 2016; Raj vd., 2014). Bu çalışmada, uçucu kimyasal olarak çözücü etanol bileşiği kullanılmıştır. Etanolün kaynama noktası sıcaklığı 78,37 °C ve kaplama esnasında uyguladığımız kurutma sıcaklığı 250 °C’dir. Dolayısıyla deneyde kullandığımız kurutma sıcaklığı, çözücü etanolün kaynama noktasından çok daha yüksektir. Filmler, etanolün kaynama noktasından çok daha yüksek sıcaklıkta kurutulduğu için cam taban ve film arasında oluşan termal genleşme katsayısı farkına bağlı olarak da stres meydana gelmiş olabilir. Bu da kıvrımlı ağ morfolojisini oluşturmuş olabilir. Ayrıca tavlama sırasındaki sıcaklığın artış hızı da bu tip büyümelere sebep olabilmektedir (Bu, 2014 b).

500 °C ve 600 °C’lerde tavlanmış katkısız ve Al katkılı filmlerin hepsinde, birbirine benzer morfolojide meydana gelen kıvrımlı ağ oluşumu, genellikle filmlerin tüm yüzeylerini yoğun bir şekilde kaplamıştır. Özellikle katkısız ZnO filmlerine göre Al katkılı ZnO

filmlerde oluşan kristallerin daha yoğun kristalleşmeye sahip olduğu ve bu kristallerin birbiri üstüne gelerek birbirlerine daha da yakınlaştığı görülmektedir.

500 °C’de tavlanmış filmlerin hiçbirinde çatlama olmamıştır. % 0,75 ve % 1 Al katkılı ZnO filmlerin kıvrımlı ağlarının üzerinde (özellikle % 0,75 Al katkılı ZnO filminde) çok küçük ve küre şeklinde nanokristallere ve bu kıvrımlarla aynı yapıda ve çok daha ince boyutlarda kıvrımlı ağlara rastlanmıştır. Katkısız ZnO ve % 1,25 Al katkılı ZnO filmlerinde ise, bu iki oluşuma da rastlanmamıştır. % 1,25 Al katkılı ZnO filminin 2500 kez büyütülmüş görüntüsüne bakıldığında, diğer filmlerden farklı olarak, atomların büyüme merkezi olarak seçtiği tek bir noktadan dallanmış, güneş benzeri kıvrımlı ağlar tespit edilmiştir.

600 °C’de tavlanmış katkısız ZnO ve % 1 Al katkılı ZnO filmlerin yüzeylerinde az da olsa çatlama olmuştur. Bunun sebebini tavlama sıcaklığı etkisine bağlamaktayız.

600 °C’de tavlanmış % 0,75 ve % 1,25 Al katkılı ZnO filmlerin yüzeylerinin herhangi bir yerinde ise, çatlama tespit edilmemiştir. Katkısız ZnO filminde, kristaller tek bir doğrultuda düzgün bir şekilde kıvrımlı ağ oluşturmuşlardır. % 0,75 ve % 1,25 Al katkılı ZnO filmlerin kıvrımlı ağlarının üzerinde, bu kıvrımlarla aynı yapıda ve çok daha ince boyutlarda kıvrımlı ağlara rastlanmıştır. Diğer 600 °C’de tavlanmış filmlerde böyle bir oluşum gözlenmemiştir.

% 1,25 Al katkılı ZnO filmin 2500 kez büyütülmüş görüntüsünde, 500 °C’de tavlanmış aynı katkı oranındaki filmde gözlenen güneş benzeri kıvrımlı ağlar bu filmde de vardır ancak daha az sayıdadır. Her iki filmde de böyle bir morfolojinin gözlenmesinin sebebi, % 1,25 Al katkılı ZnO filminin çözelti hazırlama şartlarından ve döndürme esnasında dönmenin de etkisiyle atomların bu şekilde bir morfoloji ile büyümesinden kaynaklanmış olabilir. Çünkü çözelti hazırlarken buharlaşmanın da etkisiyle zamanla çözeltide katılaşma ve tortu meydana gelebilmektedir. Bu çözelti içerisindeki küçük parçacıklar cama damlatılıp döndürme işlemi yapıldığında, dönmenin de etkisiyle, atomlar bu parçacık etrafında birikerek kıvrımlı ağ oluşturmuş olabilir.