Ferroelektrik yarıiletken kristallerin optik ve fotoelektrik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada $TlGaSe_2$ ferroelektrik--yarıiletken kristalinin optik, elektriksel taşınım ve fotoelektriksel özellikleri deneysel açıdan incelenmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda, $TlGaSe_2$ kristalinin elektrik alan, aydınlatma, sıcaklık gibi dış etkilere aşırı hassâs olduğu ortaya oyulmuştur. Optik ölçümleri sonucunda, $TlGaSe_2$ kristalinin düzensiz sistemlere hâs Urbach kuyruğuna sâhip olduğu gösterilmiştir. Bunun yanında, kristalin düzensizliğinin sıcaklık ve tavlama ile kontrol edilebildiği de kaydedilmiştir. Yine optik ölçümlerine başka açıdan baktıkta, belli dalgaboyuna sâhip ışık demeti için tavlama öncesi ve sonrasında geçirgenlik spektrumlarının sıcaklık bağımlılığının temelden değiştiği gösterilmiştir. %Deneyler sonucunda tavlama öncesinde monoton davranışa sâhip olan geçirgenlik spektrumu, tavlama sonrasında monotonluğunu yitirmiş ve belli foton enerjilerine tekâbül eden tepeciklerin ortaya çıkmasına yol açmıştır. Elde edilen tepecikler, bağımsız deneysel gruplar tarafından yapılan PICTS deneylerinden alınan safsızlıkların aktivasyon enerjileriyle tamâmen örtüşmektedir. Bu ilişkiden yola çıkarak, $TlGaSe_2$ kristalinin optik soğurma kenarındaki davranış, yüklü hareketli safsızlıklara dayandırılmıştır. Optik ölçümlerinden aldığımız ilhâmla, tavlama, sıcaklık ve elektrik alan altında soğutmanın $TlGaSe_2$ kristalinin elektriksel iletim özelliklerine etkisi incelenmiştir. Dış etkiler, iletkenliğin karakterini temelden değiştirmektedir. Bundan başka, amorf yapıların âdetâ parmak izi olan anahtarlama özelliği de gözlemlenmiştir. Bu iki özellik de tavlama ve elektrik alanda soğutma ile kontrol edilebilmektedir. $TlGaSe_2$ kristalinin fotovoltaik sinyalinde hâfıza etkisinin varlığı kaydedilmiştir. Bu etki, yaptığımız deneysel çalışmalarda ilk defâ kendisini $T_{ann}$ tavlama sıcaklığında derin ve keskin bir çukur veyâ keskin bir tepecik olarak göstermiştir. Ayrıca, tavlama öncesi ve sonrasında akım şiddeti ve doğrultma özelliklerinin temelden değiştiği gösterilmiştir. Amorf yapılarda karşılaşılan önemli özelliklerinden birisi de Staebler--Wronski etkisidir. Bu etki yaptığımız önaydınlatmalı elektriksel taşınım deneyleri sonucunda $TlGaSe_2$ kristalinde gözlemlenmiştir. Tüm bu deneysel bulgular ışığında $TlGaSe_2$ ferroelektrik--yarıiletken kristalinin amorf yapıların sâhip olduğu birçok özelliği taşıdığı ortaya çıkmaktadır. Çalışmamızda bu davranışın muhtemel sebepleri sunulmuştur.

In this work optical, electrical transport and photoelectrical properties of ferroelectric--semiconductor $TlGaSe_2$ crystals are experimentally investigated. As a result, high sensitivity of $TlGaSe_2$ crystals to various external perturbations such as electrical field, preillumination, temperature, annealing, etc. are recorded. Optical measurements revealed that $TlGaSe_2$ crystal has a Urbach tail spesific to disordered systems. Besides, it is found that degree of disorder might be controlled by temperature and annealing. After looking from another point of view it is shown that for a particular photon wavelength, temperature dependance of transmission spectra has dramatically changed. By the ispiration acquired from optical measurements, possible effects of annealing, temperature and electric field cooling on electrical transport properties of $TlGaSe_2$ crystal is investigated. Furthermore, another property of amorphous structures, switching effect is observed. Both these properties can be controlled by annealing and electrical field. Memory effect on photovoltaic signal of $TlGaSe_2$ crystal is revealed. This effect shows itself as either a deep or a peak at annealing temperature $T_{ann}$. Withal it is shown that current strength and rectification properties might be changed drastically after annealing procedure. Another important property of amorphous structures is Staebler--Wronski effect. This effect is observed in $TlGaSe_2$ crystal through electrical transport measurements under preillumination. Under the light of all these experimental investigations it has clearly shown that $TlGaSe_2$ ferroelectric--semiconductor shows some unusual behaviour which are characteristic to amorphous structures. In this work possible causes for this behaviour are proposed.