The Investigation of Doping Effects on Forbidden Band Gap Value of Zno: Experimental and Theoretical Studies

Abstract

Tez çalışmamızda, deneysel ve teoretik yöntemler kullanılarak zink oksit bileşiğinin yasak enerji bant aralığının katkı maddesi ile nasıl değiştiğini inceledik. Katkı elementleri olarak Mg, Y ve Mg-Y eş katkılı olarak kullanıldı. Deneysel kısımda, Autoclave methodu, hidrotermal tekniği bir türü, kullanılarak katkılı örnekler elde edildi. Bu kısımda kullanılan autoclave metodondan sonra yapılan tavlamanın, hazırlanan örneklerin soğurma sonuçlarında bir etkisi olmadığı görüldü. Soğurma grafikleri bize, katkı malzemesine bağlı olarak örneklerin soğurma grafiklerinin farklı olduğunu söylemektedir. ZnO bileşiği Mg ile katkılandığı zaman, soğurma mavi bölgeye kayarken, Y veya Mg-Y ile katkılandığı zaman soğurmanın kırmızı bölgeye kaydığı görülmüştür. Geçirme grafiği ise soğurma grafiğinin onaylayacak şekildedir. Teorik kısımda, supercell oluşturulup, oluşturulan bu supercell de bir veya iki tabe Zn elementi, katkılanacak durumu göre, Mg, Y veya Mg-Y ile yerdeğiştirlmiştir. Bu şekilde elde edilen örneklerin yasak enerji bant yapılarındaki değişmeye bakılmıştır.

In this thesis, we used experimental and theoretical methods to investigate doping elements effects on the forbidden energy bandgap of ZnO compound. Mg, Y and Mg and Y together are used to produce a doped sample. In the experimental part, the hydrothermal method was used to grow Mg, Y and Mg-Y co-doped ZnO compound. As seen from findings, while autoclave techniques have affected forbidden energy band gap of sample, the annealing temperature has not had any effects. The absorbance data reveals that Mg, Y and Mg-Y co-doped ZnO have different absorbance behaviour. While ZnO doped with Mg, the absorbance data have shifted to the blue region, Y and Mg-Y coped ZnO absorbance have shifted to red region. Also, the transmittance data are suitable with absorbance data of sample. In the theoretical part, the effects of doping elements are investigated after constructing supercell and replacing one or two Zn, depending on doping aim, with doping elements (Mg, Y, Mg-Y). Calculations shows that the forbidden energy band gap of the sample varies with type of dopant.