Spectroscopic characterization of semiconductor nanocrystals
Yarı iletken nanokristallerin spektroskopik yöntemlerle karakterizasyonu
- Tez No: 199443
- Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering, Physics and Physics Engineering, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2007
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Nanokristal tabanlı ışık yayan diyot ve bellek elemanlarının yeni nesil entegredevrelerinde önemli bir yer tutması beklenmektedir. Bu aygıtların kullanıma uygun halegetirilebilmesi için aygıtların yapıldığı malzemelerin detaylı bir şekilde incelenmesigerekmektedir. Bu amaçla, çeşitli spektroskopik (tayfsal) teknik geliştirilmistir. Buçalışmada, nanokristal tabanlı malzemeler dört farklı analitik yöntem ile çalışılmıştır.Bu yöntemler Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FTIR), Raman Spektroskopisi, X-IşınıKırınımı (XRD) ve X-Işını Fotoelektron Spektroskopisidir (XPS). Geçişli ElektronMikroskopisi (TEM) ve İkincil İyon Kütle Spektrometriside (SIMS) tamamlayıcıyöntemler olarak kullanılmıştır. Bu yöntemler, nanoyapıların kristallenme yüzdeleri,büyüklükleri, fiziksel ve kimyasal çevrelerini çözümlemek (analiz) için kullanılmıştır.Si ve Ge nanokristaller Al2O3 ve SiO2 oksitleri içerisinde iyon ekme, manyetronsaçtırma ve laser ablation yöntemleriyle olusturulmuştur. FTIR ve XPS, nanokristallerinyüzeyleri hakkında bilgi edinmek için kullanılmıştır. Raman ve XRD (örneklere zararvermeyen) hasarsız ve işletimi kolay yöntemler olup, nanokristallerin kristallenmeyüzdelerinin ve büyüklüklerinin tahmininde sıkça kullanılır.Bu çalışmada, nanokristallerin oluşumu sırasında SiO2 matrisindeki meydana gelendeğişimler, FTIR pektroskopisi kullanılarak incelenmiştir. SiOx matrisine ait Si-O-Siantisimetrik gerilme bandındaki kaymalar ve bandın şiddetinki değişimlergözlemlenmiştir. Nanokristal oluşunu anlamak için dolaylı bir metroloji yöntemigeliştirilmiştir. SiO2 matrisi içerisinde oluşturulmuş olan Ge nanokristalleri FTIR,Raman ve XRD kullanılarak incelenmiştir. Ge atomlarının göreceli olarak daha düşüksıcaklıklarda SiO2 matriksinden ayrıştığı FTIR kullanılarak anlaşılmıştır. Genanokristalleri ve SiO2 matrisi arasındaki stress manyetron saçtırma sistemindeki üretimkoşullarına çok hassas bir biçimde bağlıdır. Si ve Ge iyonlarının Al2O3 matrisininiçerisine ekilmesi ve sonrasında tavlanmasıyla Si ve Ge nanokristalleri oluşturulmuştur.Oluşan nanokristaller Raman, XRD, XPS ve TEM kullanılarak çözümlenmiştir.Nanokristal büyüklükleri XRD kullanılarak tahmin edimiş olup, TEM'den bulunandeğerlerle uyuştuğu bulunmuştur. Nanokristallerin üzerindeki gerilim (stress) Raman veXRD kullanılarak gözlemlenmiş olup, niceliği Raman sonuçlarından hesaplanmıştır. Siekilmiş ve tavlanmış örneğin XPS ve SIMS derinlik çizgeleri (profile) çıkarılmıştır.Sıcaklıkla beraber Si atomlarının nanokristalleri oluşturmak üzere çökelmeleri XPS ilegözlenmiştir. Si nanokristallerinin SiOx kabuğunun hacminin Si göbeğinin (core)hacmine olan oranı Si yoğunluğunun örnek içerisinde en fazla oldugu bölgede %7,9olarak bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
Semiconductor nanocrystals are expected to play an important role in the developmentof new generation of microelectronic and photonic devices such as light emitting diodesand memory elements. Optimization of these devices requires detailed investigations.Various spectroscopic techniques have been developed for material and devicescharacterization. This study covers the applications of the following techniques for theanalysis of nanocrystalline materials: Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR),Raman Spectroscopy, X-Ray Diffraction (XRD) and X-Ray Photoelectron (XPS).Transmission Electron Microscopy (TEM) and Secondary Ion Mass Spectrometry(SIMS) are also used as complementary methods. Crystallinity ratio, size, physical andchemical environment of the nanostructures were probed with these methods. Si and Genanocrystals were formed into the oxides Al2O3 and SiO2 by ion implantation,magnetron sputtering and laser ablation methods. FTIR and XPS are two methods usedto extract information on the surface of the nanocrystals. Raman and XRD are nondestructive and easy-to-operate methods used widely to estimate the crystallinity toamorphous ratio and the sizes of the nanocrystals.In this study, the structural variations of SiO2 matrix during the formation of Sinanocrystals were characterized by FTIR. The shift in position and changes in intensityof the Si-O-Si asymmetric stretching band of SiOx was monitored. An indirectmetrology method based on FTIR was developed to show the nanocrystal formation. Genanocrystals formed in SiO2 matrix were investigated using FTIR, Raman and XRDmethods. FTIR spectroscopy showed that Ge atoms segregate completely from thematrix at relatively low temperatures 900 oC. The stress between the Ge nanocrystalsand the matrix can vary in samples produced by magnetron sputtering if the productionconditions are slightly different. Si and Ge nanocrystals were formed into Al2O3 matrixby ion implantation of Si and Ge ions into sapphire matrix. Raman, XRD, XPS andTEM methods were employed to characterize the formed nanocrystals. XRD is used toestimate the nanocrystal sizes which are in agreement with TEM observations. Thestress on nanocrystals was observed by Raman and XRD methods, and a quantitativecalculation was employed to the Si nanocrystals using the Raman results. XPS andSIMS depth profiles of the sample implanted with Si, and annealed at 1000 oC weremeasured. Precipitation of Si atoms with the heat treatment to form the nanocrystalswas observed using XPS. The volume fraction of the SiOx shell to the Si core in Sinanocrystals was found to be 7.9 % at projection range of implantation.
Benzer Tezler
- Germanium alloys for optoelectronic devices
Optoelektronik aygıtlar için germanyum bileşikleri
AYŞE ERBİL
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Bölümü
PROF. DR. ATİLLA AYDINLI
- Formation of semiconductor nanocrystals in SiO2 by ion implantation
SiO2 içinde yarıiletken nanokristallerin iyon ekme tekniği ile oluşturulması
UĞUR SERİNCAN
Doktora
İngilizce
2004
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Environmental friendly inp/zns nanocrystals
Çevre dostu ınp/zns nanokristaller
YASEMİN COŞKUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Development of nano-alloyed CdTeS quantum dots via two-phase synthesis method
İki faz yöntemiyle nano-alaşım CdTeS kuantum noktacıklarının sentezi
SACİDE MELEK KESTİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CANER ÜNLÜ
- Synthesis of yellow-emissive carbon dots and observation of their interaction with aflatoxin B1
Sarı ışıma yapan karbon noktalarının sentezi ve aflatoksin B1 ile etkileşimlerinin gözlemlenmesi
ÖZGE ERGÜDER
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CANER ÜNLÜ