ZnO ince filmlerinin yapısal, elektriksel ve triboelektrik özelliklerinin incelenmesi

Teknolojinin gelişmesi yaşam kalitesini iyileşmesinin yanı sıra enerjiye olan talebi de arttırmaktadır. Bilim insanları, enerji ihtiyacının karşılanması için günümüzde kullanılan kaynakların dışında, atık enerji problemi ve verimlilik gibi sorunlara çözüm olabilecek yeni elektrik enerji üretim mekanizmaları arayışındadırlar. Bu yeni elektrik enerjisi üretim mekanizmalarından biri de 2012 yılında geliştirilen triboelektrik nanojeneratörlerdir (TENJ). TENJ yapısında genellikle polimer yüzeyler kullanılmaktadır. Polimer yapının üretiminin kolay olmasına karşılık kısa sürede deforme olmasıyla istenilen performans sağlanamamaktadır. Bunun için polimerlere alternatif olarak daha hızlı elektron kaybetme özelliği bulunan yarıiletkenlerin kullanılmasının verimliliği arttıracağı düşünülmektedir. Hazırlanan bu tez çalışması ile, triboelektrik etki prensibi ile çalışan çinko oksit (ZnO) yarıiletken tabanlı TENJ üretilmiştir. ZnO ince filmler; 40-100 W sıçratma güçlerinde, 5-15 mTorr sıçratma basınçlarında, %5-15 kısmi O2 basınçlarında ve 5-100 nm kalınlıklarında Si(100) alttaş üzerinde üretilmiştir. Manyetik alanda sıçratma sistemi ile üretilen ZnO ince filmlerin vakum altında ısıl işlemlere maruz bırakılarak; X-ışını difraktometresi (XRD), X-ışını reflektometresi (XRR), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile yüzey morfolojik özellikleri belirlenirken direnç ölçüm sistemi ile elektriksel özellikleri belirlenmiştir. Triboelektrik özellikleri, laboratuvarda tasarlanıp üretilen doğrusal bir reciprokan hareket sağlayıcı ile mekanik enerji simüle edilerek elde edilmiş ve TENJ'in elektriksel çıktıları incelenmiştir. Üretilen ince filmlerin XRD desenleri ve SEM görüntüleri incelendiğinde yapının istenildiği gibi wurtzite ve homojen olduğu görülmüştür. Elektriksel ölçümleri yapılan filmler arasında en iyi sonuç 100 nm kalınlıktaki ince filmden elde edilmiştir ve 100 nm kalınlığında elde edilen ince filmler ısıl işleme tabii tutulmuştur. TENJ'de elektrot olarak bakır (Cu) ve indiyum kalay oksit (ITO) kaplı polietilen tereftalat (PET) kullanılmıştır. Isıl işlem sıcaklığı artmasıyla verimlilik artmıştır. Elde edilen veriler literatür ile karşılaştırılmıştır ve uyumlu olduğu görülmüştür. Tasarlanan TENJ'lerden en yüksek ~70 V gerilim ve ~5,36 μA akım değeri elde edilmiştir.