Tlgaxın(1-x)s2 (0 ≤ x ≤ 1) yarıiletkenlerinin doğrusal olmayan optik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of nonlinear optical properties of TlGaxIn(1-x)S2 (0 ≤ x ≤ 1) semiconductors
Yazar: BEKİR ASİLCAN ÜNLÜ
Danışman: PROF. DR. AYHAN ELMALI
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Amorf yarı iletkenler = Amorphous semiconductors ; Doğrusal olmayan optik = Nonlinear optics ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films

Özet:
Tez çalışmasında, TlGaxIn(1-x)S2  (0 ≤  x ≤1)  yarıiletken kristallerinden üretilen ince filmlerin doğrusal olmayan optik soğurma özellikleri deneysel ve teorik model ile araştırılmıştır. İnce filmler ısısal buharlaştırma sistemi ile vakum ortamında üretilmiştir. İnce filmler aynı kalınlıkta üretilmiş, film kalınlıkları spektroskopik elipsometre ile ölçülmüş ve 70 nm olarak bulunmuştur. İnce filmlerin yapısını belirlemek için X-ışını kırınımmetresi (XRD) kullanılmıştır. XRD sonuçlarına göre büyütülen filmlerin amorf yapıda olduğu bulunmuştur. İnce filmlerin doğrusal soğurma deneyleri yapılarak enerji band değerleri  TlInS2 , TlGa0.2In0.8S2 , TlGa0.8In0.2S2 ve TlGaS2 için sırasıyla 1.54, 1.58, 1.64 ve 1.76 eV olarak bulunmuştur. Değişen Ga/In oranına bağlı olarak kusur seviyelerinin değişimi hakkında bilgi edinmek adına Urbach enerjileri yapılan hesaplamalar sonucunda 0.63-0.80 eV aralığında elde edilmiş ve artan Ga oranı ile Urbach enerjisinin azaldığı gözlemlenmiştir. İnce filmlerin Z-tarama deneyleri ns atmalı lazer ile yapılarak doğrusal olmayan soğurma ve doyum soğurmaları hem deneysel hem de teorik olarak araştırılmıştır. Isıl işlem görmemiş (tavlanmamış) örneklerin farklı şiddetlerde yapılan Z-tarama deneylerinden, 2.2 MW/cm2 şiddeti için enerji band değerlerinin ve kusur seviylerinin değişimine bağlı olarak doğrusal olmayan soğurma katsayıları 3.46 x 103 - 8.31 x 103 cm/MW aralığında, eşik soğurma değerleri ise 5.01 x 103- 5.63 x 103 MW/cm2 aralığında bulunmuştur. Tavlamanın filmlerin yapısı ve doğrusal olmayan optik özellikler üzerine etkisini araştırmak için fimler 200 °C de tavlanmıştır. Tavlananan TlGaS2  örneği için ise kusur seviyelerindeki azalmaya bağlı olarak doğrusal olmayan soğurma katsayısının 3.46 x 103 cm/MW' dan 2.97 x 103 cm/MW'a, eşik soğurma değerinin 5.01 x 103 MW/cm2' den 4.87 x 103 MW/cm2'ye düştüğü gözlemlenmiştir.

Abstract:
In this study, nonlinear optical absorption properties of thin films of samples produced from TlGaxIn(1-x)S2 (0≤x≤1)  semiconductor crystals were investigated with experimental and theoretical model. Thin films were produced by vacuum evaporation system. Film thicknesses were measured as 70 nm by spectroscopic ellipsometer. X-ray diffraction (XRD) was used to determine the structures of the produced thin films. According to XRD results, the films were found to be amorphous. By using linear absorption experiments of thin films, energy band values were found as 1.54, 1.58, 1.64 and 1.76 eV for TlInS2, TlGa0.2In0.8S2, TlGa0.8In0.2S2 and TlGaS2, respectively. Urbach energies were obtained in the range of 0.63-0.80 eV in order to obtain information about the change of defect levels due to the varying Ga / In ratio, and it was observed that Urbach energy decreased with increasing Ga ratio. Z-scan experiments of thin films were performed with nanosecond pulsed laser and nonlinear absorption and saturation absorption were investigated both experimentally and theoretically. From Z-scan experiments of non-annealed samples at different intensities, for 2.2 MW/cm2 intensity experiement nonlinear absorption coefficients were found to be between 3.46 x 103 - 8.31 x 103 cm/MW and saturation intensity thresholds were found to be between 5.01 x 103- 5.63 x 103 MW/cm2 due to the change of energy band gap values and defect levels.  The films were annealed at 200 °C to investigate the effect of annealing on the structure and nonlinear optical properties of the films. For the annealed TlGaS2 sample, the non-linear absorption coefficient decreased from 3.46 x 103 cm/MW to 2.97 x 103 cm/MW and saturation intensity threshold decreased from 5.01 x 103 MW/cm2' to 4.87 x 103 MW/cm2 due to the decrease in defect levels.