İnce film matrisinde büyütülen grup II-VI (CdTe) ve group IV-VI (TiO2) yarı iletken nanokristallerinin optik ve yapısal özellikleri

Bu çalışmada esas olarak CdTe (grup II-VI) ve anataz yapılı TiO2 (grup IV-VI) ince filmlerin optik ve yapısal özellikleri araştırılmıştır. Üç tür deneysel yöntem kullanılmıştır: (i) optik soğurma (ABS), (ii) X-ışını kırınımı (XRD), ve (iii) Raman saçılması (RS). Cam altlıklar üzerinde farklı kalınlıklarda CdTe ve TiO2 ince filmlerini büyütmek için Fiziksel buharlaştırma (PVD) yöntemi kullanılmıştır. CdTe numunelerinin optik soğurma spektrumları, uzun dalga-boyu kuyruk genişliği ile ilişkili Urbach enerjisi (EU), kalınlığın 100 nm den 500 nm ye artması ile 827 meV dan 585 meV'e azalmaktadır. CdTe ince yaygıların kalınlığa bağlı tane büyüklüğü, büyüklüğe bağlı asimptotik optik soğurma değeri kullanılarak hesaplanmıştır. Kalınlığın 100 nm den 500 nm ye artması ile asimptotik optik soğurma enerjisinde 710 meV luk bir kayma meydana gelmektedir. Kalınlığa bağlı kayma ve X-ışınları kırınım tepelerinin genişlemesi muhtemelen nano-metreler mertebesine azalan tane büyülüğü ve gerilme ile ilişkilidir. Raman spektrumlarında boyuna optik kiplerin (LO) büyüklüğe bağlı olarak maviye, buna karşın enine optik kiplerin (TO) ve boyuna akustik kiplerin (LA) külçe CdTe kristalinin fonon frekansına göre kırmızıya kaydığı tespit edilmiştir. TiO2 ince film optik soğurma spektroskopisi kalınlık 143 den 221 nm 'ye arttıkça Urbach enerjisinin (EU) sırasıyla 212 den 176 meV 'e azaldığını göstermektedir. Film kalınlığına bağlı parçacık büyüklüğü ve parçacık büyüklük dağılımı, deneysel soğurma katsayısı (α) verilerinin, α 'yı foton enerjisi E 'ye balı olarak bulan bir hesaplama ile modellenmesi sonucu elde edilmiştir. Filmin asimptotik soğurma enerjisi (ER) de hesaplanmış ve kalınlığın 143 den 221 nm 'ye artması ile 165 meV azaldığı tespit edilmiştir. Yasak kuşak enerji aralığı da soğurma verilerinden elde edilmiştir. TiO2 nano-kristallerinde de iki tür geçiş gözlemlenmiştir (doğrudan ve dolaylı). Raman saçılmasında tane büyüklüğünün etkisini yorumlamak için fonon kuşatması modelinden yararlanılmıştır. Külçe TiO2 kristalinin Raman etkin Eg kipene göre, ilk ve ikinci Eg kiplerinin Raman çizgilerinin büyüklüğe bağlı olarak kırmızıya kaydığı tespit edilmiştir (sırasıyla Eg(1):144 cm-1 ve Eg(2):197 cm-1). Bu çalışmada kullanılan farklı tekniklerin birlikte değerlendirilerek, nanometre mertebesinde taneler için büyüklük etkisi, büyüklüğe bağlı gerilme, ve yapısal düzensizlik araştırılmıştır. Enerji kuşağında gözlemlenen kırmızıya kaymanın tane büyüklüğünün artması ile ilişkili olduğu öngörülmüştür. Yapısal düzensizlikle ilişkili Urbach enerjisi artan büyüklükle azalmaktadır yani artan büyüklükle yapısal düzensizlik azalmaktadır.