TlGaS2 ve GaSxSe1-x kristallerinin optiksel özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Yarıiletkenler bilim ve teknoloji için oldukça önemlidir. Çeşitli alanlarda genişuygulama potansiyeline sahiptirler. TlGaS2, GaSe, GaS ve onların GaSxSe1-x katıçözeltilerinin fiziksel özellikleri, optoelektronik katı durum cihazlarındaki onlarınuygulamaları sebebiyle, temel bilimler ve teknolojik ilgiler açısından oldukçaönemlidir. Optik haberlşme sistemlerinde ışığın polarizasyonunu analiz etmek içinfoto-algılayıcılar gereklidir. Bu algılayıcılar geniş aralıklı III-IV yarıiletkenbileşimlerinden ve onların kristal yapılarının anizotropisi ve iyi fotoelektrik velüminisans özellikleri sebebiyle onların karışım kristallerinden yapılır.Optik spektrumlardan; TlGaS2 ve GaSxSe1-x tabakalı kristallerin fononları,kuvvet sabitleri ve sonsuz frekanstaki dielektrik sabitleri incelendi. Teorik vedeneysel fononları literatür ile karşılaştırıldı. Fiziksel özelliklerinin incelemesindenyeni uygulama alanları saptandı.Bu çalışmada tabakalı TlGaS2 ve GaSxSe1-x kristallerinin kristal yapısı, optikselözellikleri, görünür ve kızılötesi spektrum aralığında incelendi. Görünür bölgespektroskopisiyle malzemelerin yasak bant genişlikleri, kızılötesi bölgesispektroskopisiyle de bantlar içerisindeki fonon geçişleri belirlendi.Havası boşaltılmış ampullerde, yatay yöntemle Bridgman metodu kullanılarakbüyütülen kristaller kullanıldı. Optiksel geçirgenlik (transmisyon) deneyleri Eâ¥cgeometrisinde yapıldı. Görünür ve kızılötesi spektrumları oda sıcaklığında yapıldı.Görünür bölgede 400-800 nm aralığında yapılan analizler, bu kristallerin doğrudanbant genişliğini verdi. UV-VIS ?Shimadzu 1601? spektrometresi kullanılarak yapılanölçümlerde, kristallerin yasak bant genişliklerinin; TlGaS2 için 523nm (2,3eV), GaSeiçin 618nm (2 eV), GaS için 491 nm (2,5 eV), GaS0,4Se0,6 için 558 nm (2,2 eV),GaS0,15Se0,85 için 597nm (2,07 eV), GaS0,8Se0,2 için 536nm (2,3eV), GaS0,6Se0,4 içind i520 nm(2,4 eV) olduğu belirlendi. TlGaS2 kristali için E g ve E g değerleri sırasıylad i2,5 eV ve 2,35 eV olarak bulundu. GaSe kristali için E g ve E g değerleri sırasıyla2130 ve 1930 meV; GaS kristali için bu değerler sırasıyla 2540 ve 2335 meV'dir.Görünür bölge kenar ölçümleri, ODTÜ'de yapılan lüminisans ölçümleri iledesteklendi. Bu kristallerin 7800-350 cm-1 aralığında kızılötesi spektrumlarıincelendi. Aynı kristaller TÜB TAK-MAM `da Konfokal RamanMikrospektroskopisi yöntemi ile incelendi.ncelemeler sonucunda , GaSe kristalindeki Se atomunun yerini S atomu aldıkça,yapı değişmesi nedeniyle, kenar soğurmasının azaldığı, fonon geçişlerinin ise TlGaS2kristali için N, Σ ve T noktaları arasında ve GaSxSe1-x kristalleri için Î ve Înoktaları arasında olduğu ve geçitlerin türünün değiştiği görüldü. TlGaS2 kristalininbağ sabitlerinin daha büyük çıkması ise, tabakalar arası ve tabaka içi kuvvetlerinindiğer kristallere göre daha güçlü olduğunu gösterdi.Anahtar Kelimeler: Yarıiletken, Tabaka, Geçirme, Soğurma, Fonon, Görünür veKızılötesi Spektroskopisi, Raman Saçılması, Uzay Simetri Grubu, Konfokal RamanMikrospektroskopisi

Semiconductors have large importance for science and technology. They havewide application potential for different areas.The physical properties of TlGaS2, GaSe, GaS and their GaSxSe1-x solidsolitions are considerable fundamental and technological interest because of theirapplications in optoelectronic solid state devices. For example photo-dedectors arenecessary to analyze the polarization of light optical communication systems.Thesededectors are made of wide gap III-VII semiconductor compounds and their mixedcrystals structure and good photoelectric and luminescence properties.The materials were synthesized by the horizontal method in an evacuated quartzampoules, after homogenization process the crystals were grown by the Bridgmanmethod.Cleavage property favours to study the optical transmission (reflection) in E ⥠cgeometry. The visible and infrared (IR) transmission spectra were measured at roomtemperature. The thicknesses of the samples varied in the range from 10 mkm to2mm. The analysis allowed to determine the direct band gaps for these crystals invisible range for 400-800 nm. By using UV-VIS ?Shimadzu 1601? spectrometer wecalculate the forbidden band values (for TlGaS2 523nm (2,3eV), for GaSe 618nm (2eV), for GaS 491 nm (2,5 eV), for GaS0,4Se0,6 558 nm (2,2 eV), for GaS0,15Se0,85597nm (2,07 eV), for GaS0,8Se0,2 536nm (2,3eV), for GaS0,6Se0,4 520 nm(2,4 eV)).The edge of absorption measurements have confirmation in luminescence in METU.IR spectra were investigated for 7800-350 cm-1 of spectra. Same crystals wereinvestigated with confocal Raman microspectroscopy method in TUBITAK-MAM .When S atoms substitute Se in GaSe crystal, edge absorption is decreasing. ForTlGaS2 crystal phonon transitions in N, Σ ve T points and GaSxSe1-x in Î ve ÎPoints observed.For TlGaS2 crystal force constants, more strong inter and intra layerforces was more strong in compare other crystals.Key Words: Semiconductor, Layer, Transmission, Absorption, Phonon, Visible andIR Spectroscopy, Raman scattering, Space Symetry Group, Confocal RamanMicrospectroscopy