GaSe ve GaSe:Cd yarı iletkeninin büyütülmesi,yapısal, optik ve elektriksel özeliklerinin incelenmesi

Abstract

GaSe güneş pilleri, kızıl ötesi dedektörler ve dönüştürücüler gibi çeşitli teknolojik uygulamalarda gelecek vaat etmektedir. Bu malzeme üzerine olan ilgi gün geçtikçe artmakladır. Bu çalışmada GaSe ve GaSe:Cd yarıiletken bileşikleri modifiye Bridgman-Stockbarger metoduyla büyütülmüştür, büyütülen yarıiletkenlerin yapısal elektrik ve optik özellikleri incelenmiştir. Numunelerin yapısal, morfolojik ve kompozisyon özellikleri XRD, SEM, AFM ve EDAX teknikleri kullanılarak gerçekleştirildi. XRD sonuçları, büyütülen numunelerin hekzagonal kristal yapıya sahip olduklarını ve Cd katkılamanın pik şiddetlerini düşürdüğünü gösterdi. XRD sonuçları kullanılarak, numunelerin örgü parametreleri a=b= 3,749 Å ve c=15,907 Å olarak hesaplandı. SEM ve AFM sonuçlarından, ortalama tanecik büyüklüğünün ve numunelerin homojen olduğu gözlenmiştir ve EDAX tekniği numunelerde Ga,Se ve Cd elementleri tespit edilmiştir. Elektriksel ölçüler yardımıyla numunelerin manyetorezistans katsayısı, taşıyıcı yoğunluğu, Hall katsayısı, mobilite ve elektriksel özdirenç değerleri hesaplandı ve bu niceliklerin sıcaklığa bağlı değişimleri incelendi. Daha sonra, Au-Ge/p-GaSe:Cd diyodun akım-voltaj (I-V) karakteristikleri 40-360 K sıcaklık aralığında 10 K 'lik adımlarla alınmıştır. ln(I)–V grafiğinden hesaplanan engel yüksekliği azalan sıcaklıkla azaldığı, idealite faktörlerinin de arttığı görülmüştür. Bu değişim metal yarıiletken arayüzeylerde engel yüksekliğinin Gaussian dağılıma sahip olduğu varsayılarak açıklanmıştır. Numunelerin sıcaklığa bağlı optik soğurma ölçüleri 10-320 K sıcaklık aralığında, 10 K 'lik adımlarla alınmıştır. Eksiton ve yasak enerji aralığının sıcaklığa bağlı değişimi incelenmiştir. Yapıya katkılanan Cd elementi GaSe numunelerin optik soğurma şiddetini artırdığı görülmüştür. Tavlama işlemi ile numunelerde soğurma şiddetinin azaldığı ve yasak enerji aralığı artığı belirlenmiştir.

GaSe promises a variety of technological applications such as solar cells, infrared detectors and converters. Interest in this material is increasing day by day. In this work, GaSe and GaSe:Cd semiconducting compounds were grown by Modified Bridgman-Stockbarger method, Structural electrical and optical properties of the grown semiconductors were investigated. The structural, morphological and compositional properties of the samples were determined using XRD, SEM, AFM and EDAX techniques. XRD results showed that the amplified samples had a hexagonal crystal structure and reduced peak intensities of Cd doping. Using XRD results, the lattice parameters of the samples were calculated as a = b = 3,749 Å and c = 15,907 Å. From the SEM and AFM results, it was observed that the mean particle size and the samples were homogeneous, and Ga, Se, and Cd elements were detected in the EDAX technique samples. Magnetoresistance coefficient, carrier density, Hall coefficient, mobility and electrical resistivity values of the samples were calculated with the help of electrical measurement, and the changes of these quantities depending on the temperature were studied. Then, current-voltage (I-V) characteristics of Au-Ge/p-GaSe:Cd diode were taken at 10 K steps in the temperature range of 40-360 K. It was seen that the barrier height decreased from decreasing temperature, calculated from ln (I) -V graph, and the ideal factors also increased. This change is explained by assuming that the barrier height of the metal semiconductors has a Gaussian distribution. The optical absorption measurements based on the temperature of the samples were taken at 10 K steps in the temperature range of 10-320 K. The variation of exciton and forbidden energy range depending on the temperature has been examined. It was observed that the Cd element GaSe samples doped into the structure increased the optical absorption intensity. With the annealing process, the intensity of absorption decreased and the band gap energy range increased in the samples.