Beyaz ışık yayan indiyum katkılı ZnO ince filmlerde tavlama sıcaklığının etkisi

Abstract

Bu çalışmada, %7 indiyum katkılı ZnO ince filmler, farklı tavlama sıcaklıklarında (150 °C, 350 °C, 550 °C) daldırma kaplama tekniği ile üretildi. Üretilen filmlerin yapısal, morfolojik ve fotolüminesans özelliklerine sıcaklık etkisi incelendi. XRD sonuçları, düşük sıcaklıkta kristallenmenin gerçekleşmediğini, yüksek sıcaklıklara çıkıldığında filmlerin hekzagonal wurtzit yapıda oluştuğunu gösterdi. Ancak yüksek sıcaklık, artan ısıl gerilim ve dislokasyon yoğunluğu nedeniyle kristal kalitesinde kısmi bozulmaya neden olmuştur. SEM analizleri, 350 °C’de elde edilen filmlerin daha homojen, yoğun ve düzgün yüzey morfolojisine sahip olduğunu, 550 °C’de ise tanecik birleşmesiyle yüzey pürüzlülüğünün arttığını gösterdi. Fotolüminesans analizi, yüksek sıcaklıklarda tavlanan filmlerin 380 nm mor ve 550 nm sarı emisyonların birleşmesiyle beyaz ışık yaydığını, bu durumun kusur merkezlerinden kaynaklanan geçişlerle ilişkili olduğunu gösterdi. Yüksek indiyum katkısı ile sentezlenen ve yüksek sıcaklıklarda tavlanan IZO filmlerin, yüksek kristal bütünlüğü, düşük kusur yoğunluğu ve belirgin beyaz ışık emisyonu nedeniyle aydınlatma ve yeni nesil ekran teknolojilerinde kullanılan beyaz ışık yayan diyotlar (WOLED) için potansiyel bir alternatif olabileceği düşünülmektedir.

In this study, 7% indium-doped ZnO (IZO) thin films were produced using the dip-coating technique at different annealing temperatures (150 °C, 350 °C, 550 °C). The effect of temperature on the structural, morphological, and photoluminescence properties of the produced films was investigated. XRD results showed that crystallization did not occur at low temperatures, and that the films formed in a hexagonal wurtzite structure at higher temperatures. However, high temperatures caused partial deterioration in crystal quality due to increased thermal stress and dislocation density. SEM analyses showed that films obtained at 350 °C had a more homogeneous, dense, and smooth surface morphology, while at 550 °C, grain coalescence increased surface roughness. Photoluminescence analysis showed that films annealed at high temperatures emitted white light through the combination of 380 nm blue and 550 nm yellow emissions, which was related to transitions originating from defect centers. It is thought that IZO films synthesized with high indium doping and annealed at high temperatures could be a potential alternative for white light-emitting diodes (WOLEDs) used in lighting and next-generation display technologies due to their high crystal integrity, low defect density, and distinct white light emission.