In0.15Ga0.85Se tek kristalinin ve amorf yapıdaki ince filmlerinin doğrusal olmayan optik özellikleri
Nonlinear optical properties of In0.15Ga0.85Se single crystal and its amorphous thin films
Yazar: AHMET KARATAY
Danışman: PROF. DR. AYHAN ELMALI
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, GaSe ve InSe yarıiletken malzemelerinin karışımından oluşan In0.15Ga0.85Se yarıiletken kristalinin ve farklı kalınlıklarda amorf çok ince filmlerinin doğrusal olmayan soğurma özellikleri açık yarık Z-tarama yöntemi kullanılarak araştırıldı. Amorf yapıdaki ince filmlerin yasak enerji aralıkları kalınlık arttıkça artmaktadır. Kalınlık arttıkça ince filmin parçacık büyüklüklerinin azalmasından dolayı kuantum sınırlama etkisi göstermektedir. Doğrusal olmayan soğurmaya neden olan mekanizmaların belirlenmesi için ince filmlerin ultra-hızlı pompa gözlem spektroskopi deneyleri yapılarak serbest taşıyıcıların ömürleri belirlendi. In0.15Ga0.85Se yarıiletken kristalinin ve amorf yapıdaki ince filmlerinin Z-tarama deneyleri iki farklı atma süreli (4 ns ve 65 ps) lazer kaynakları kullanılarak yapıldı. Kristalde her iki lazer ile yapılan deneylerde doğrusal olmayan soğurma gözlenmiştir. Amorf yapıdaki 43 nm'lik ince filmde 65 ps atma süreli lazer kaynağı ile yapılan deneyde doyurulabilir soğurma gözlendi. Film kalınlığı arttıkça yasak enerji aralığındaki kusur seviyelerinin de artmasından dolayı, kalın filmlerde doğrusal olmayan soğurma davranışı gözlenmiştir. Film kalınlığının arttırılmasıyla doğrusal olmayan soğurma katsayıları artarken, kalınlık azaldıkça doyum eşik şiddetleri azalmaktadır. İnce filmlerin 4 ns atma süreli lazer ile yapılan açık yarık Z-tarama deneylerinde doyurulabilir soğurma özelliği gözlenmemiştir. Bunun nedeni elektronların uyarılmış durumda kalma sürelerinin (~3 ns) lazerin atma süresinden (4 ns) kısa olmasıdır.

Abstract:
In this thesis, nonlinear optical absorption properties of mixed In0.15Ga0.85Se crystal from mixture InSe and GaSe and their amorphous very thin films have been investigated by using open aperture Z-scan technique. The bandgap of the films increases with increasing film thickness. Quantum confinement effect is observed in thin films because of particle sizes decrease with increasing film thickness. The lifetime of the free carriers is determined by using ultra-fast pump probe spectroscopy to understand nonlinear absorption mechanisms. Z-scan experiments of In0.15Ga0.85Se crystal and their amorphous thin films are done by using two different pulse duration lasers (4 ns and 65 ps). The investigated crystal exhibits nonlinear absorption for both 4 ns and 65 ps pulse duration. While saturable absorption is observed for amorphous 43 nm film thickness with 65 ps pulse duration, thicker films show nonlinear absorption because of the increased defect states. While nonlinear absorption coefficients increase with increasing film thickness, saturation thresholds decrease with decreasing film thickness. The saturable absorption in thin films with 4 ns pulse duration was not observed. This is attributed to the lifetime of the localized defect states (~3 ns), which is smaller than pulse duration (4 ns).