Samaryum katkısının bakır oksit ince filmlerin fiziksel ve elektriksel özelliklerine etkisi

Bu çalışmada, farklı ağırlık oranlarında (0, 1, 2 ve 3 wt%) samaryum (Sm) katkılı bakır oksit (CuO) filmleri, dönel kaplama inc film elde etme yöntemi kullanılarak mikroskop camı cam altlıklar üzerine biriktirilmiştir. Çalışmanın amacı, farklı Sm katkı konsantrasyonlarının CuO'nun yapısal, yüzeysel ve optik özellikleri üzerindeki etkisini incelemektir. Filmlerin yapısal analizi X-ışını difraksiyonu (XRD) ile gerçekleştirilmiş ve filmlerin çok kristalli yapıda olduğu, (-111) kristalografik yönelimi boyunca tercihli bir yönelime sahip olduğu belirlenmiştir. Elde edilen samaryum katkılı CuO filmler için kristalit büyüklüğü ( D_hkl ), dislokasyon yoğunluğu (δ_hkl), FWHM (β_hkl) ve mikro-gerinim (ε_hkl) değerleri, XRD verileri kullanılarak değerlendirildi Örneklerin optik özellikleri UV–Vis spektrofotometresi kullanılarak karakterize edilmiştir. Kristalit büyüklüğü (-111) yönelimli pik için 30,04 nm'den 16,52 nm'ye düşerken, dislokasyon yoğunluğu değeri, 11,08 x 1014 m- 2'den 36,66 x 1014 m- 2'ye ve mikro gerinim değeri ise, 4,01 x 10-4'den 7,12 x 10–4'e yükselmiştir. (200) yönelimi için ise kristal büyüklüğü 27,78 nm'den 15,21 nm'ye düşerken, dislokasyon yoğunluğu 12,96 x 1014 m-2'den 43,25 x 1014 m-2'ye ve mikro gerinim değeri 4,22 x 10-3'den 7,12 x 10–3'e artmıştır. CuO için farklı bir morfoloji gözlenmiştir; yapılar daha çok yarı küresel biçimde olup, küçük topaklamalar göstermektedir. Elde edilen örneklerin yüzey davranışları, CuO yapısında Sm konsantrasyonunun önemli değişimlere yol açtığını ortaya koymaktadır. Elde edilen sonuçlar, Sm katkısının CuO'nun bant aralığı üzerinde belirgin bir etkisi olduğunu göstermiştir. Katkısız CuO ve %1, %2 ve %3 Sm katkılı CuO örneklerinin enerji bant aralığı sırasıyla 1,80, 1,90, 2,10 ve 2,20 eV olarak bulunmuştur. Elde edilen sonuçlara göre, CuO'ya eklenen Sm oranı %0'dan %3'e çıktıkça, bant aralığı değeri 1,80 eV'dan 2,20 eV'a kadar önemli bir artış göstermiştir. Katkısız ve Sm katkılı CuO filmlerinin kırılma indisleri ve dielektrik sabitleri Moss, Herve & Vandamme ve Ravindra yöntemleri kullanılarak hesaplanmıştır. Farklı yöntemlerle elde edilen hesaplama sonuçları tutarlıdır ve malzemenin optik karakterizasyonunun güvenilir olduğunu göstermektedir. Çalışma, filmlerin soğurma katsayısının katkılı Sm'nin parçacık boyutuyla ters orantılı olduğunu ortaya koymuştur. Sm ile katkılanmış filmler daha küçük parçacık boyutları göstermiş ve bu da soğurma katsayısında bir azalmaya neden olmuştur. Sönüm katsayısı açısından ise, katkısız CuO örneği, görünür bölgede diğer örneklere kıyasla belirgin bir pik göstermiştir ve bu durum bu bölgede daha güçlü bir soğurma olduğunu göstermektedir. Yüksek kristalin yapıya sahip olan katkısız CuO örneği, görünür bölgede daha yüksek foton enerjilerini soğurma eğiliminde olup, bu da düşük bant aralığı bölgesinde artan bir optik iletkenliğe yol açmıştır. Bu davranış, katkısız CuO örneğini, görünür spektrumda ışık soğurma açısından daha verimli hale getirmiştir. Buna karşın, Sm katkılı CuO filmler, daha düşük foton soğurması nedeniyle nispeten azalmış optik iletkenlik sergilemiştir. Genel olarak, bu çalışma Sm katkısının CuO filmlerinin yapısal ve optik özellikleri üzerindeki etkisini ortaya koymaktadır. Bulgular, CuO'nun Sm ile katkılanmasının malzemenin optik davranışını değiştirdiğini; katkısız CuO'nun görünür bölgede daha yüksek optik iletkenlik sergilediğini, ancak Sm katkılı CuO filmlerin optoelektronik ve güneş enerjisi uygulamaları için umut verici potansiyel taşıdığını göstermektedir. n-Si/CuO/Ag diyotunun lnI-V grafiğinden idealite faktörü n=2,84, engel yüksekliği; 0,793 eV ve kısa devre akımı ise, 5,4 x10-8 A, n-Si/%1Sm:CuO/Ag diyotunun grafiğinden idealite faktörü n=1,99, engel yüksekliği; 0,73 eV ve kısa devre akımı ise, 7,1 x10-7 A, n-Si/%2Sm:CuO/Ag diyotunun idealite faktörü n=2,84, engel yüksekliği; 0,793 eV bulunurken, n-Si/%3Sm:CuO/Ag diyotunun idealite faktörü n=2,57, engel yüksekliği; 0,725 eV ve kısa devre akımı ise, 6,9 x10-9 A bulunmuştur.