The optical and structural properties of group II-VI (CdTe) and group IV-VI (TiO2) semiconductor nanocrystals grown in thin film matrix
İnce film matrisinde büyütülen grup II-VI (CdTe) ve group IV-VI (TiO2) yarı iletken nanokristallerinin optik ve yapısal özellikleri
- Tez No: 510571
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET HİKMET YÜKSELİCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 114
Özet
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.
Özet (Çeviri)
This study is mainly concerned with the investigation of the optical and structural properties of CdTe (group II-VI) and anatase-phase TiO2 (group IV-VI) thin films. The experimental techniques used in this work are of three types: (i) optical transmission (ABS), (ii) X-ray diffraction (XRD), and (iii) Raman scattering (Rs). Physical Vapor Deposition (PVD) is employed to grow CdTe and TiO2 thin films of different thicknesses on glass substrates. As regard to CdTe samples, optical absorption spectroscopy shows that Urbach energy (EU), related to the width of long-wavelength tail, decreases from 827 to 585 meV with increasing thickness from 100 to 500 nm respectively. The thickness-dependent grain sizes for CdTe samples were calculated using the value of size-dependent optical absorption edge energy. A redshift of 710 meV in the absorption edge energy occurs with increasing thickness from 100 to 500 nm. Thickness-dependent shifting and widening of X-ray diffraction lines are probably due to grain size, reduced to nanometer scales, and strain effects. Relative to the phonon frequency of bulk CdTe crystal, size-dependent blueshift was observed in Raman spectra for the Longitudinal Optical (LO) phonon frequency, while redshift for the Transverse Optical (TO) and Longitudinal Acoustic (LA) phonons frequency is noticed. As regard to TiO2 thin films, optical absorption spectroscopy shows that EU decreases from 212 to 176 meV as the thickness increases from 143 to 221 nm respectively. The particle size, which depends on the film thickness, and particle size distribution were obtained by fitting the experimental data of the absorption coefficient (α) to a model of α as a function of the photon energy E. Absorption edge energy of the film (ER) was also calculated, it decreases by 165 meV as the thickness increases from 143 to 221 nm. Forbidden energy of bandgap transition was also determined from the data obtained by absorption. Two types of transitions are observed in TiO2 nanocrystals (direct and indirect). The phonon confinement model was employed to interpret the grain size effect in Raman scattering. Relative to the Raman active Eg mode of bulk TiO2 crystal, size-dependent blueshift was noticed in Raman lines for the first and second Eg modes (Eg(1):≈ 144 cm-1 and Eg(2):≈ 197 cm-1 respectively). The results of the different techniques employed in this work were combined together to study size effect for grains at nanometer scales, size-dependent strain, and structural disorder. The redshift observed in the bandgap energy is proposed to be related to the increase in the grain size. Urbach energy, related to the structural disorder, decreases with increasing grain size which means that the structural disorder decreases with increasing size.
Benzer Tezler
- Metal katkılı ∑3(111) tanecik sınırlı CdS yapının elektronik ve yapısal özelliklerinin yoğunluk fonksiyonel teori ile incelenmesi
Investigation of electronic and structural properties of metal doped ∑3(111) grain-confined CdS structure with density functional theory
CAN ALTUNDAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT ÇALIŞKAN
- 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
- The stark effects on group II-VI semiconductor nanoparticles (NP) during synthesis in solution and on NP embedded in a glass matrix and in nanostructructed thin films
Grup II-VI yarı iletken nanoparçacıkların (NP) çözeltide ve cam matris içinde gömülü ve ince film nanoyapılarda sentezi sırasınca stark etkisi
FATMA MELDA PATAN ALPER
Doktora
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiYeditepe ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SYEDA RABIA İNCE
- Synthesis & characterization of CdSe/ZnS quantum dots
CdSe/ZnS kuantum noktalarının sentezi ve karakterizasyonu
HAKAN AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ ÜNLÜ
- Production and characterization of CdSe based binary/binary and ternary/binary heterostructure multi shell quantum dots
CdSe tabanlı ikili/ikili ve üçlü/ikili heteroyapı çok tabakalı kuantum noktalarının üretimi ve karakterizasyonu
HADI SEDAGHAT PISHEH
Doktora
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ ÜNLÜ