The Effect of Annealing Temperature on Iron-Doped Tungsten Oxide Structure and Photosensitive Gas Sensor Applications

Abstract

Öz Bu çalışmada, demirin tungsten oksit yapısına katkılanması ve ardından 550oC'de tavlanması ile kristal yapı ve gaz sensör tepkisindeki değişimler incelenecektir. Absorpsiyon-dalga boyu ölçümleri sonucunda yapının hesaplanan bant aralığının 3,08-3,15 eV arasında olduğu görüldü. İnce filmlerin doğrudan optik bant aralığı enerjisi (Eg), Tauc denklemi kullanılarak hesaplanmıştır. Bant aralığındaki elektronik konfigürasyondaki değişiklik sonucunda 0,7 eV'lik bir artış gösterdi. İnce filmin ısıl işlemi sonucunda absorpsiyon miktarı ve absorpsiyon dalga boyu değişmiştir. Böylece yarı iletkenin optik bant aralığında bir genişleme meydana gelir. Püskürtme tekniği ile büyütülen WO3:Fe filmlerin X-ışını kırınım deseni yapının amorf olduğunu göstermektedir ancak havada 550 derecede tavlama sonrasında kaliteli bir polikristal yapı oluştuğu görülmektedir ki bu da SEM görüntülerinde bu sonucu desteklemektedir. WO3: Fe'nin XRD modellerinin tüm belirgin tepe noktaları, yedi belirgin tepe noktası (24o, 34o, 42o, 37.38o, 49o, 55o, 61o) sunan tungsten oksitin kübik yapısına endekslenebilir. Daha sonra, RF-DC co-sputter tekniği ile büyütülen demir katkılı tungsten oksit (WO3:Fe) yapılarının yapısal, optik ve topografik özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), X- ışın kırınımı (XRD) ve UV-VIS foto spektroskopi teknikleri. RF-DC co-sputtering ile büyütülen demir katkılı tungsten oksit (WO3:Fe) metal oksit yapısının hidrojen gazına tepkisi 1000 ppm akış değerlerinde, 300 oC sıcaklıkta beyaz ışık ve karanlıkta ölçülmüştür. Tüm ölçümler aynı döngüde 300 s, 180 s ve 120 s olarak alındı. İncelenen ince filmlerin karanlıkta gaz sensörü uygulamasına uygun olduğu, beyaz ışık altında ise uygun olmadığı görülmüştür.