Kalay (Sn) ve kalayoksit (SnO2) ince filmlerin üretim ve karekterizasyonu

Abstract

Anahtar kelimeler: Kalay (Sn), kalayoksit (SnO2), termal buharlastırma, plazmaoksidasyon, elektriksel iletkenlikSnO2 ince filmlerin genis bir uygulama alanı bulunmaktadır. Li-iyon piller, LCDbenzeri göstergeler, koruyu kaplamalar, anti-yansıtıcı kaplamalar, gaz ve kimyasalsensörler, geçirgen iletkenler esaslı uygulamalar, günes hücreleri ve digeroptoelektronik devreler bu uygulama alanlarındandır. Bu filmleri üretmek için, RFsıçratma, termal buharlastırma ve bunu takiben oksidasyon, elektron ısınıbuharlastırma, CVD, sprey prolizi, fotokimyasal buhar biriktirme ve sol-jel kaplamagibi çok çesitli yöntemler vardır.Bu çalısmada buharlasma kaynagı olarak saf Sn kullanılmıstır. Öncelikle saf kalaytermal buharlastırma yöntemiyle paslanmaz çelikler üzerine farklı ortambasınçlarında biriktirilmistir. Üretilen saf kalay kaplamalar nanokristalin kalayoksitesaslı filmler elde etmek için farklı altlık sıcaklıklarında ve farklı oksijen kısmibasınçlarında DC plazma ile oksitlenmistir. Bu ince filmler büyüme sırasında üretimsartlarının ve oksidasyon parametrelerinin özelliklere etkisini incelemek içinkarakterize edilmistir. Filmlerin morfoloji ve yüzey yapısı taramalı elektronmikroskobu (SEM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile analiz edilmistir. X ısınıdifraksiyon analizi ile plazma oksidasyon parametrelerine baglı olarak oksit yapılarıincelenmistir. nce filmlerin özdirençleri dört noktalı elektriksel iletkenlik ölçümcihazı ile ölçülmüstür. Sonuç olarak tane boyutu 10?20 nm aralıgında degisennanokristalin yapıda filmler elde edilmistir. Bunun yanında elde edilen filmler düsükyüzey pürüzlügüne sahiptir ve paslanmaz çelik ile aralarında çok iyi adhezyonsaglanmıstır. Sonuçlar, üretilen ince kalayoksit esaslı filmlerin Li pil hücrelerindegeleneksel olarak kullanılan grafit anot için iyi bir adaydır.

Key Words: Tin (Sn), tinoxide (SnO2), thermal evaporation, plasma oxidation,electrically conductivityThin films of SnO2 are being used in a wide range of applications, e.g., Li-ionbatteries, electrodes in electroluminescent displays, protective coatings, antireflectioncoatings, gas and chemical sensors, transducers, applications based on transparentconductors, solar cells and other opto-electronic devices. Various methods includingRF sputtering, thermal evaporation and subsequent oxidation, electron beamevaporation, CVD, spray pyrolysis, photochemical vapor deposition and the sol?gelmethod have been used to deposit these films.In this study, pure Sn was used as evaporation source. Sn was firstly deposited onstainless steel substrates by using thermal evaporation technique in different ambientpressures. The resultant pure tin films were oxidized with direct current (D.C.)plasma at different substrate temperatures and different oxygen partial pressure toproduce nano crystalline tin oxide based layers. These thin films are characterizedtowards their properties as a function of deposition and oxidation parameters duringfilm growth. The morphology and the surface structure were analyzed by ScanningElectron Microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) facilities. X-raydiffraction (XRD) analyses were carried out to reveal the oxide structures dependingon the plasma oxidation parameters. The resistivity of the thin films was measuredby a four-point probe apparatus. The results showed that films are produced in verythin nanocrytalline structure which the grain size is between 10-20 nm. Besides, thedeposited thin films have very smooth and good adhesion between the stainless steelsubstrate. The results summarized that the produced thin tin oxide based coatings aregood candidates for Li battery cells instead of conventionally used graphite anode.