İnce yaygı CdS ve CdSe yarı-iletkenlerin optik ve yapısal özelliklerinin incelenmesi

Bu tez çalışmasında sırasıyla fiziksel vakum buharlaştırma (PVD-physical vapor deposition) ve kimyasal banyo yöntemleri (CBD-chemical bath deposition) ile üretilen grup II-VI kadmiyum selen (CdSe) ve kadmiyum sülfür (CdS) ikili bileşik yarı-iletken ince yaygılerin optik ve yapısal özellikleri Optik Soğurma, Foto-soğurma, Raman, X-ışınları kırınımı spektroskopisi (XRD), Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM) ve Atomik Kuvvet Mikroskopisi (AFM) yöntemleri ile araştırılmıştır. Deneysel sonuçlar etkin kütle varsayımı altında kuantum kuşatma etkisi, Urbach modeli, Mie saçılması, fonon kuşatması, Grüneisen modeli, Williamson Hall ve Warren Yaklaşımları, yayınım kontrollü büyüme kuramsal yöntemleri kullanılarak irdelenmiştir. Mo küvet içerisine konulan toz CdSe, küvet içinden geçirilen yüksek akım ile vakum altında buharlaştırılarak, 50 nm?den 450 nm?ye kadar farklı kalınlıklarda CdSe ince yaygılar cam altlıklar üzerinde büyütülmüştür. Kimyasal banyo yöntemi ile CdS ince yaygılar ise; sıcaklığı, pH?ı ve dakikada karıştırma hızı kontrol edilen ve esas olarak tiyoüre ve kadmiyum sülfatdan oluşmuş reaksiyon kabında, zamana bağlı olarak kaplama kalınlığının doğrusal arttığı varsayımı ile mikrometre mertebesinde çeşitli kalınlıklarda cam altlık üzerinde büyütülmüştür. Kimyasal banyo yöntemi ile büyütülen CdS ince yaygılarin, optik geçirgenlik ölçümlerinin ayrıntılı incelenmesi sonucu, yaygı kalınlığı arttıkça yasak kuşak enerji aralığının azaldığı ve uzun dalga boyu optik soğurma kuyruğunun daraldığı gözlemlenmiştir. Elde edilen ince yaygılara 250-400 ?C arasında ısıl işlem uygulanması ile yasak kuşak enerji aralığı artmaktadır. Büyümeyi kontrol eden bileşenin sülfür olduğu değerlendirilmiş ve aktivasyon enerjisi 46 kJ/mol olarak hesaplanmıştır. Optik soğurma kuyruk genişliğinin Urbach enerjisi ile orantılı olduğu ve kristal düzensizliğinden kaynaklandığı varsayımından haraketle kusurlardan kaynaklanan mikroelektrik alanlar altında bükülen kristalin enerji kuşakları için Wentzel Kramers ve Brillouin (WKB) yaklaşımı altında Schrödinger denklemi çözülmüş ve, mikro elektrik alanı ve kristal düzensizliği arasında doğru orantılı bir ilişki olduğu sonucu elde edilmiştir. İnce yaygı CdS?ün depolama süresi 10 dakikadan 150 dakikaya artarken, mikro elektrik alan 2240 kV/mm mertebesinden 820 kV/mm?ye, düzensizlik % 55?den % 35?e ve Urbach enerjisi 600 meV?dan 400 meV?a azalmaktadır. CdS ince yaygıların XRD deseni ölçülmüş, yapılan analiz sonucu kristal yapının kübik ve altıgen karışımı olduğu tespit edilmiştir. XRD ve Raman ölçümlerindeki kaymalardan sıkıştırma gerilme değerinin 10-3 mertebesinde olduğu görülmüştür. Fiziksel buharlaştırma yöntemi ile büyütülen CdSe ince yaygı yarı-iletklerin optik soğurma spektrumlarında, soğurmanın başladığı enerjinin artan yaygı kalınlığı ile kırmızıya kaydığı ve uzun dalga boyu soğurma kuyruğunun daraldığı gözlemlenmiştir. Optik soğurma spektrumlarından yaygı kalınlığı 50 nm?den 450 nm?ye artarken, Urbach enerjisinin 430 meV?dan 200 meV?a azalmaktadır. Büyütülen CdSe ince yaygı altıgen kristal yapıyı işaret eden XRD desenine sahiptir. XRD deseni esas olarak gerilme, sonlu kristal büyüklüğü (tane) ve cihaz hatasından kaynaklanan etkilerden dolayı genişlemektedir. Williamson Hall yaklaşımı ile bu etkiler birbirinden ayrılmış ve ortalama tane büyüklüğü için yaygı kalınlığının 50 nm?den 450 nm?ye değişmesiyle tane yarıçapının 6 nm?den 12 nm?ye arttığı ve gerilmenin çekme ve sıkıştırma karakterinde 10-3 mertebesinde olduğu sonucu elde edilmiştir. Bu sonuç Raman saçılması ölçümleri ile doğrulanmıştır. Gözlemlerimiz CdSe ince yaygıların Raman kiplerinin, artan yaygı kalınlığı ile 2 cm-1 dalga sayısı kadar kırmızıya kaydığını ortaya koymuştur. Raman titreşim kipleri, bileşimin değişmediği bir kristalde fonon kuşatması ve gerilme nedeni ile sırasıyla kırmızıya ve kırmızı/maviye kaymakta olduğu diğer araştırmacıların yaptıkları çalışmalardan ortaya çıkmıştır. Ayrıca yaygı kalınlığı 50 nm?den 450 nm?ye artarken (002) düzlemleri için gerilme değeri % 45 oranında azalmaktadır. Tez çalışmasına konu olan araştırmalar SCI kapsamındaki uluslar arası Semiconductor Science and Technology dergisinde 2011 yılında ve Materials Research Bulletin dergisinde 2013 yılında yayınlanmış olup bir diğer makale Solar Energy Materials ve Solar Cells dergisine 2013 yılında sunulmuştur. Tez çalışması YTÜ Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatölüğü (BAPK)?nün 26-01-01-01, 2011-01-01-DOP01 ve Devlet Planlama Teşkilatının 26-DPT-01-01-01 nolu projeleri ile desteklenmiştir.