InSe, InTe ve InTe: Er yarıiletken ince filmlerin doğrusal olmayan optik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of nonlinear optical properties of InSe, InTe ve InTe: Er semiconductors
Yazar: ECRİN AVCI
Danışman: DOÇ. DR. AHMET KARATAY
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan sistemler = Nonlinear systems ; Soğurma = Absorption ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films ; Z-tarama = Z-scan

Özet:
Tez çalışmasında, InSe, InTe ve InTe:Er yarıiletken kristallerinden üretilen farklı kalınlıklardaki ince filmlerin doğrusal olmayan soğurma özellikleri deneysel yöntem ve teorik model ile araştırılmıştır. Isısal buharlaştırma sistemi ile vakum ortamında üretilen ince filmler farklı kalınlıklarda üretilmiş ve film kalınlıkları spektroskopik elipsometre kullanılarak 30 nm, 60 nm ve 90 nm olarak ölçülmüştür. Doğrusal soğurma deneyleri sonucu doğrusal soğurma spektrumu elde edilmiş ve enerji bant değerleri ve Urbach enerjileri doğrusal soğurma spektrum verileri yardımı ile hesaplanmıştır. Kalınlık ve katkılamadaki değişim sonucu yasak enerji bant değerlerinde 0.08 eV kadar küçük değişimler gözlenirken, Urbach enerjilerinde yaklaşık 0.57 eV gibi önemli artışlar gözlenmiştir. Z-tarama deneyleri esnasında ns atmalı lazer kullanılmış ve teorik model ile deneysel veriler kullanılarak doğrusal olmayan soğurma ve doyurulabilir soğurma katsayıları belirlenmiştir. Açık yarık Z-tarama verilerinde geçirgenliği elde etmek için tek foton soğurması, iki foton soğurulması, uyarılmış durum soğurması ve doyurulabilir soğurmayı içeren teorik model kullanılmıştır. Örneklerin doğrusal olmayan soğurma performansı belirlenmiştir. En büyük etkin doğrusal olmayan soğurma katsayısı (eff) 90 nm InTe:Er örneği için 1.00 x 104 cm/MW ve en düşük doyum soğurma katsayısı (Isat) 30 nm InSe örneği için 5.00 x 103 MW/cm2 olarak hesaplanmıştır. Modelden yararlanılarak doğrusal olmayan soğurma katsayısı ve doyma şiddeti eşiği değerleri elde edildi ve uyarılmış durum soğurması ile doyurulabilir soğurma arasındaki etkileşim, amorf yarıiletkenlerin doğrusal olmayan soğurma davranışına kusur durumlarının katkısını içeren bir enerji bant diyagramı ile açıklanmıştır.

Abstract:
In this thesis, nonlinear optical absorption properties of thin films of different thicknesses produced from InSe, InTe and InTe:Er semiconductor crystals were investigated by experimental and theoretical model. Thin films produced in vacuum environment with thermal evaporation system were produced in different thicknesses and film thicknesses were measured as 30 nm, 60 nm and 90 nm by using a spectroscopic ellipsometer. The energy band values and Urbach energies obtained from the linear absorption spectrum data which produced by the linear absorption experiments. While the change in thickness and doping brought about small changes in band gap energies such as 0.08 eV, about 0.57 eV increases were obtained in Urbach energies of thicker and doped films. Z-scan experiments of thin films were carried out using nanosecond pulsed laser and nonlinear and saturation absorptions were investigated both experimentally and theoretically. The theoretical model including single photon absorption, two photon absorption, excited state absorption and saturable absorption was used to obtain the transmittance in the open slit Z-scan data. The nonlinear optical absorption properties of the samples were determined. While the maximum nonlinear absorption coefficient (eff) was calculated as 1.00 x 104 cm/MW for the 90 nm InTe:Er sample, the minimum saturation intensity threshold (Isat) was calculated as 5.00 x 103 MW/cm2 for the 30 nm InSe sample. With the help of  the model, nonlinear absorption coefficient and saturation threshold values were obtained, and the interaction between excited state absorption and saturable absorption is explained by suggesting an energy band diagram that includes the contribution of defect states to the nonlinear absorption behavior of amorphous semiconductors.