Son yıllarda, ZnO yarıiletken ince filmlere katkılanan III. grup elementleri, optoelektronik uygulamalar gibi birçok teknolojik uygulama için tercih sebebidir. III. grup elementlerinden olan Al elementi, ZnO içerisine katkılandığı zaman malzemenin geçirgenliğini ve elektriksel iletkenliğini önemli ölçüde iyileştirebilmektedir. Özellikle güneş pili uygulamalarında, görünür dalga boyu bölgesinde, güneş radyasyonunun çoğunu iletebilecek kadar geniş optik bant aralığına (3,3 eV) sahip olması ve elektriksel iletkenliğinin yüksek olması nedeniyle güneş pillerinde n-tipi malzeme olarak kullanılabilmesi açısından çok değerlidir (Raghu vd., 2017).
Raghu vd. (2017) yazmış oldukları makalede, döndürerek kaplama yöntemi ile ITO cam üzerine ürettikleri katkısız ve % 1, % 2 ve % 3 Al katkılı ZnO filmlerinin yapısal, optiksel, elektriksel ve yüzeysel özelliklerini araştırmışlardır. Çinko kaynağı olarak çinko asetat dihidrat (Zn(CH3COO)2.2H2O) ve Al kaynağı olarak alüminyum klorit hidrat kullanmışlardır. Çözücü ve sabitleyici olarak ise 2-methoxyethanol ve di-etanol-amine (DEA) kullanmışlardır. Numuneleri 3000 rpm’de 60 s döndürmüş ve 10 kat kaplama işlemi yapmışlardır. Kurutma ve tavlama sıcaklığı ve süresi ise sırasıyla 350 °C 10 dakika ve 550 °C 2 saattir. Filmlerin XRD desenlerinden hepsinin polikristal yapıda olduğunu belirlemişlerdir. Al katkılı filmlerde (002) düzlemi boyunca daha baskın yönelmeler tespit etmişlerdir. UV ölçümlerinden, filmlerin 400–800 nm dalga boyu aralığında oldukça yüksek geçirgenliğe sahip oldukları ve Al katkısıyla geçirgenliğin arttığını belirlemişlerdir. % 2 ve
% 3 Al katkısı ile görünür bölgede % 90’nın üzerinde geçirgenlik tespit etmişlerdir.
Filmlerin yasak enerji aralığı değerlerinin katkılama ile 3,25 eV’dan 3,32 eV’a yükseldiğini hesaplamışlardır. Katkılama ile AFM ölçümlerinden pürüzlülüğün ve elektriksel ölçümlerden tabaka direncinin azaldığını belirlemişlerdir. Üretilen filmlerin geçirgen iletken elektrot uygulamaları için oldukça uygun oldukları söylenmiştir.
Bu, (2014 a) yazmış olduğu makalesinde, sol-jel döndürerek kaplama metoduyla ürettiği % 1 Al katkılı ZnO ince filmlerin tavlama sıcaklığı üzerine etkisini araştırmıştır.
Çinko kaynağı olarak çinko asetat dihidrat ve Al kaynağı olarak alüminyum nitrat nonahidrat (Al(NO3)3·9H2O) kullanmıştır. Bu kimyasallardan başka çözeltinin daha iyi çözünebilmesi
için isopropanol ve monoetanolamine (MEA) adlı kimyasallar kullanmıştır. Çözelti molaritesi olarak 0,7 M çözelti hazırlamıştır. Çözelti hazırlandıktan sonra 48 saat yaşlandırma işlemi yapmıştır (48 saat çözeltinin bekletilmesi işlemi). Döndürme devrini 3000 rpm olarak seçmiştir. 250 °C ve 400-550 °C (400 °C, 450 °C, 500 °C ve 550 °C) sıcaklıkları olmak üzere iki adımlı tavlama işlemiyle filmlerini tavlamıştır. XRD desenlerinden ürettiği bütün filmlerin hekzagonal wurtzite yapıda ve polikristal olduğunu belirlemiştir. Tavlama sıcaklıkları içerisinde en şiddetli pikin ve en az yarı pik genişliğinin (FWHM) 500 °C’de tavlanmış Al katkılı filme ait olduğunu tespit etmiştir. UV ölçümlerinden bant aralığının tavlama sıcaklığının artması ile arttığını tespit etmiştir.
Makalesinde en düşük tavlama sıcaklığı olan 400 °C’de ürettiği film % 80 civarında geçirgenlik gösterirken tavlama sıcaklığının yükselmesi ile filmlerin geçirgenliklerinin % 92 civarına yükseldiğini belirlemiştir. SEM görüntülerinden yola çıkarak, sıcaklığın 400 °C’den 550 °C’ye yükselmesi ile tanelerin, küçük parçacıkların biraraya gelmesi neticesinde oluşan birbiriyle bağlantılı daha büyük parçacıklara dönüştüğünü belirlemiş ve bu sebeple filmlerin mikro yapısının tavlama sıcaklığına oldukça bağlı olduğunu belirtmiştir. Fotolüminesans spektrumlarından 385 nm (3,22 eV) ve 440 nm (2,82 eV) civarlarında emisyon piklerinin olduğunu tespit etmiştir. 385 nm’de gözlenen piklerin eksiton rekombinasyonundan kaynaklandığını, 440 nm’de gözlenen piklerin ise derin seviye emisyon pikleri olduğunu söylemiştir. Öz direncin 450 °C’de en düşük 550 °C’de en yüksek olduğunu ölçmüştür.
Ayrıca yüksek iletkenlikte Al katkılı ZnO ince filmler üretmek için alüminyum nitrat kimyasalının elektriksel ölçümlerde etkili olduğunu belirlemiştir.
Srinatha vd. (2017) yazmış oldukları makalede, döndürerek kaplama yöntemi ile ürettikleri katkısız ve % 1, % 2 ve % 3 Al katkılı ZnO filmlerinin yapısal, mikro yapısal, optiksel ve fotolüminesans özelliklerini incelemişlerdir. Çinko kaynağı olarak çinko asetat dihidrat ve Al kaynağı olarak alüminyum klorit hidrat kullanmışlardır. Çözücü ve sabitleyici olarak ise sırasıyla 2-methoxyethanol ve di-ethanol-amine kullanmışlardır. Çözelti molaritesi 0,8 M’dır. Hazırladıkları çözeltiyi 48 saat boyunca yaşlandırma işlemine tabi tutmuşlardır. Numuneleri 60 s süre ile 3000 rpm’de döndürmüş ve 10 kat kaplama yapmışlardır. Kurutma ve tavlama sıcaklığı ve süresi ise sırasıyla, 350 °C ve 10 dakika ile 550 °C ve 2 saattir. XRD desenlerinden ürettikleri tüm filmlerin hekzagonal wurtzite yapıda ve polikristal olduğunu belirlemişlerdir. Katkılama arttıkça (002) düzlemine ait pikte artış ve tane boyutunda (D) katkılama ile azalma tespit etmişlerdir. UV ölçümlerinden filmlerin
geçirgenliklerinin görünür dalga boyunda katkılama ile arttığını ve en yüksek geçirgenliğin yaklaşık % 90 civarında geçirgenlikle % 2 ve % 3 Al katkılı filmlere ait olduğunu tespit etmişlerdir. Bu iki filmin geçirgen iletken oksit (TCO) uygulamalarında kullanmak için uygun olduğunu söylemişlerdir. Yasak enerji aralıklarının katkı artışı ile 3,18 eV’dan 3,34 eV’a yükseldiğini belirlemişlerdir. SEM görüntülerinden daha yüksek katkılardaki filmlerin düşük katkılı ve katkısız filme göre daha düzgün hale geldiğini söylemişlerdir.
AFM görüntülerinden katkı artışıyla pürüzlülüğün azaldığını tespit etmişlerdir.
Fotolüminesans spektrumlarından 362 nm (3,45 eV), 408 nm (3,03 eV), 450 nm (2,75 eV), 483 nm (2,56 eV) ve 530 nm (2,34 eV) dalga boylarında emisyon piklerinin olduğunu ölçmüşlerdir. En şiddetli fotolüminesans pikinin % 3 Al katkılı filme ait olduğunu tespit etmiş ve bu filmin LED gibi optoelektronik cihaz uygulamaları için uygun olduğunu söylemişlerdir.
Zaiour vd. (2019) yazmış oldukları makalede, % 2 ve % 3 Al katkılı ZnO filmlerinin yapısal, optiksel ve elektriksel özellikleri üzerine katkılamanın ve sol-jel yöntemlerinden olan döndürerek kaplama ve daldırarak kaplama yöntemlerinin etkisini araştırmışlardır. Her iki kaplama metodunda da çinko kaynağı olarak çinko asetat dihidrat, Al kaynağı olarak alüminyum nitrat nonahidrat ve çözücü ve sabitleyici olarak ise sırasıyla etanol ve monoetanolamine kullanmışlardır. Çözelti molaritesi her iki yöntemde de 0,5 M’dır.
Döndürerek kaplama yöntemiyle ürettikleri numuneleri 3000 rpm’de 30 s döndürmüş, daldırarak kaplama yöntemi ile ürettikleri numuneleri ise 30 mm/min hızında daldırıp geri çekmişlerdir. Kurutma ve tavlama sıcaklığı ve süresi ise sırasıyla, 220 °C ve 10 dakika ile 500 °C ve 2 saattir. Kat kaplama sayısını istedikleri film kalınlığına ulaşıncaya kadar 6 kat kaplamadan 12 kat kaplamaya kadar yapmışlardır. XRD desenlerinden ürettikleri tüm filmlerin hekzagonal wurtzite yapıda ve polikristal olduğunu belirlemişlerdir. Filmlerin hepsinin (002) düzlemine doğru daha baskın yönelmelere sahip olduğunu görmüşlerdir. Her iki yöntemde de % 3 Al katkılanmış ZnO filmlerin kristallenmesinin daha iyi olduğunu tespit etmişlerdir. Ancak, kaplama yöntemine göre kıyaslandığında, döndürerek kaplama yöntemi ile elde edilmiş % 3 Al katkılı ZnO filminde hem pik şiddeti hem de tane boyutunun daha fazla olması sebebiyle daha iyi kristallenme olduğunu tespit etmişlerdir. UV ölçümlerinden
% 85 civarı geçirgenlik tespit etmişlerdir. Filmlerin yasak enerji aralığı değerlerini, 3,15 eV- 3,30 eV arasında bulmuşlardır. Fotolüminesans ölçümlerinde, bütün filmlerde 383 nm’de pik görmüşler ve bu pikin yakın bant kenarı emisyonu olduğunu söylemişlerdir. 550 nm’de
de emisyona ait piki görmüşlerdir ancak bu pikin çok zayıf şiddetli olduğunu söylemişlerdir.
Her iki yöntem ile üretilen filmlerin elektriksel ölçümlerinde de, özdirenç değerlerinin % 2 Al katkılı ZnO filminde en düşük değere sahip olduğunu belirlemişlerdir.