GROWTH AND CHARACTERIZATION OF CDTE BASED CRYSTALS BY VERTICAL GRADIENT FREEZING METHOD
DİKEY GRADYANLI DONDURMA FIRINI İLE CDTE TEMELLİ KRİSTALLERİNİN BÜYÜTÜLMESİ VE KARAKTERİZASYONU
- Tez No: 917140
- Danışmanlar: PROF. DR. RAŞİT TURAN, PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Gama radyasyonu, Yarı iletken kristaller, Gamma radiation, Semiconductor crystals
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, radyasyon algılama malzemelerini geliştirmek amacıyla Kadmiyum Tellür (CdTe) ve türevlerinin kristal büyümesi ve karakterizasyonunu incelemektedir. Kadmiyum Çinko Tellür (CZT), yüksek atom numarası, optimum bant aralığı ve oda sıcaklığında çalışabilme özellikleri sayesinde X-ışını ve gama-ışını dedektörleri için en uygun seçenek olarak öne çıkmaktadır. Ancak bileşimsel düzensizlikler ve kusur yoğunluğu bu malzemenin kullanımını sınırlamaktadır. Bu çalışma, Çinko (Zn), Mangan (Mn) ve Selenyum (Se) elementlerini CdTe matrislerine dahil ederek Kadmiyum Çinko Tellürit Selenit (CZTS) ve Kadmiyum Mangan Tellürit Selenit (CMTS) gibi dörtlü bileşiklerin oluşumunu araştırmaktadır. Selenyum, stokiyometrik homojenliği artırır ve kusurları azaltır, Mangan ise stokiyometrik düzeni geliştirir ve Çinko bant aralığı özelliklerini iyileştirir. Kristaller, Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kristal Büyütme Laboratuvarı (METU-CGL) tarafından kullanılan çok bölgeli Dikey Sıcaklık Gradyanı Dondurma (VGF) yöntemiyle büyütülmüştür. Büyütülen kristallerin yapısal, optik ve elektronik özelliklerini değerlendirmek için X-Işını Kırınımı (XRD), Fotolüminesans (PL), Kızılötesi (IR) Mikroskobu, Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi (EDX) ve Akım-Voltaj (I-V) ölçümleri kullanılmıştır. Bu teknikler, stokiyometrik düzen, kusur yoğunluğu, bant aralığı değişimleri ve yük taşınımı hakkında bilgiler sağlamıştır. Büyütülen örnekler arasında, %2 Se içeren CZTS, yüksek direnç, geliştirilmiş elektron mobilite-ömür ürünü ve kararlı kontak davranışı ile üstün performans sergileyerek dedektör sınıfı uygulamalar için umut verici bir malzeme olarak öne çıkmıştır. Buna karşın, %3 Se içeren CZTS, büyüme yönü boyunca özelliklerde daha fazla değişkenlik göstermiştir. MTMn ve MTMnSe örnekleri sınırlı performans sergilemiştir. CdTe matrisine Zn, Se ve Mn eklenmesi, malzeme kalitesini ve performansını artırarak tıbbi görüntüleme, güvenlik taramaları ve endüstriyel uygulamalarda ilerlemelerin önünü açmaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis examines the crystal growth and characterization of Cadmium Telluride (CdTe) and its derivatives to enhance materials for radiation detection. Cadmium Zinc Telluride (CZT) is the leading choice for X-ray and gamma-ray detectors due to its high atomic number, optimal bandgap, and room-temperature operation. However, challenges such as compositional inhomogeneity and defect density limit its application. This study investigates incorporating Zinc (Zn), Manganese (Mn), and Selenium (Se) into CdTe matrices, forming quaternary compounds, Cadmium Zinc Telluride Selenide (CZTS) and Cadmium Manganese Telluride Selenide (CMTS). Selenium improves stoichiometric homogeneity and reduces defects, while Manganese enhances stoichiometric uniformity, and Zinc enhances bandgap properties. Crystals were grown using the multi-zone Vertical Gradient Freezing (VGF) method at the Middle East Technical University Crystal Growth Laboratory (METU-CGL). The grown crystals were characterized using X-ray Diffraction (XRD), Photoluminescence (PL), Infrared (IR) Microscopy, Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), and Current-Voltage (I-V) measurements to evaluate their structural, optical, and electronic properties. These techniques provided insights into stoichiometric uniformity, defect density, bandgap variations, and charge transport properties. Among the grown samples, CZTS with 2\% Se exhibited superior performance with high resistivity, enhanced electron mobility-lifetime product, and stable contact behavior, marking it a promising material for detector-grade applications. In contrast, CZTS with 3\% Se displayed more variability in properties along the growth direction. MTMn and MTMnSe samples showed limited performance. The incorporation of Zn, Se, and Mn into the CdTe matrix enhances material quality and performance, paving the way for advancements in medical imaging, security screening, and industrial applications
Benzer Tezler
- Magnetron sputtering growth of AZO/ZnO /Zn(O,S) multilayers for Cu2ZnSnS4 thin film solar cells: Material and device characterization
Cu2ZnSnS4 ince film güneş hücreleri için AZO/ZnO /Zn(O,S) çoklu katmanlarının mıknatıssal saçtırma ile büyütülmesi: Malzeme ve aygıt karakterizasyonu
FULYA KÖSEOĞLU
Doktora
İngilizce
2017
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİ ÖZYÜZER
DOÇ. DR. GÜLNUR AYGÜN ÖZYÜZER
- IMPACT OF POST-GROWTH ANNEALING ON THE DEFECTS IN CDZNTE CRYSTALS
BÜYÜTME SONRASI TAVLAMANIN CDZNTE KRİSTALLERİNDEKİ KUSURLARA ETKİSİ
MERVE UYSAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUNUS EREN KALAY
DR. HASAN YASİN ERGUNT
- Design, fabrication and characterizations of n-Si columnar structures for solar cell applications
Nano-Si kolon yapılarının güneş pili uygulamarı için tasarlanıp, üretilip, karakterize edilmesi
AYŞEGÜL DEVELİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON
- Characterization of Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) thin films with Cu- and Zn-poor composition deposited by one-step thermal evaporation
Tek adımlı termal buharlaştırma yöntemiyle biriktirilen Cu- ve Zn-fakir bileşimli Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) ince filmlerin karakterizasyonu
ZEKİ ALİHAN BAYRI
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN KARAAĞAÇ
- CdS, CdSe ve CdTe bileşik yarıiletken ince filmlerinin aynı çözeltiden elektrokimyasal olarak au(111)elektrodu üzerinde büyütülmesi ve AFM, STM, XRD ve UV-VIS spektroskopisi ile karakterizasyonu
Electrochemical growth of CdS, CdSe and CdTe compound semiconductor thin films on au(111) electrode from single deposition bath and characterization by AFM,STM, XRD and UV-VIS spectroscopy
İLKAY ŞİŞMAN
