TlGa(SxSe1-x)2 (0 ≤ x ≤ 1) amorf yarıiletken ince filmlerinin doğrusal olmayan optik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of nonlinear optical properties of TlGa(sxse1-x)2     (0 ≤ x ≤ 1) amorphous semiconductor thin films
Yazar: TÜRKAN DİNÇBAY
Danışman: DOÇ. DR. AHMET KARATAY
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Fizik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Amorf yarı iletkenler = Amorphous semiconductors ; Doğrusal olmayan optik = Nonlinear optics ; Soğurma = Absorption ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films

Özet:
Tez çalışmasında, TlGa(SxSe1-x)2 (0≤ x ≤1) yarıiletken kristallerinin farklı orandaki karışımlarından üretilen ince filmlerin, sabit film kalınlığında doğrusal olmayan soğurma özellikleri deneysel yöntem ve teorik model ile araştırılmıştır. Isısal buharlaştırma sistemi ile vakum ortamında üretilen ince filmlerin kalınlığı spektroskopik elipsometre ile 80 nm olarak ölçülmüştür. X-ışını difraktomertesi (XRD) kullanılarak yapılan ölçümlerde ince filmlerin amorf yapıda olduğu bulunmuştur. UV-VIS spektrometresi kullanılarak alınan veriler ile çizilen doğrusal soğurma spektrumundan, amorf yarıiletken ince filmlerin enerji bant değerleri ve Urbach enerjileri belirlenmiştir. TlGaSe2, TlGaS0.6Se1.4, TlGaSSe, TlGaS1.4Se0.6 ve TlGaS2 amorf yarıiletken ince filmleri için sırasıyla enerji bant değerleri 1.48, 1.53, 1.61, 1,64 ve 1.72 eV bulunurken, Urbach enerjileri ise 0.91, 1.03, 1.06, 1.18 ve 1.24 eV olarak bulunmuştur. S/Se oranındaki değişiklik, enerji bant değerinde 0.24 eV ve Urbach enerjisinde ise 0.33 eV artışa neden olmuştur. Artan S oranı ile Urbach enerjisinin arttığı görülmüştür. 4 ns atma süresine ve 1064 nm dalga boyuna sahip lazer ile açık yarık Z-tarama deneyleri yapılmıştır. Deneylerde 46.6 MW/cm2 şiddeti için doyuma ulaşma eşik şiddeti değerleri (Isat) 5.05 x 103 – 5.31 x 103 MW/cm2 aralığında, doğrusal olmayan soğurma katsayıları (βeff) ise 2.93 x 103 – 6.57 x 103 cm/MW aralığında bulunmuştur. Değişen S / Se oranının βeff ve Isat üzerindeki etkisi sabit film kalınlıkları ile incelenmiştir. Amorf yapıdaki yarıiletken ince filmlerin doğrusal olmayan soğurma yaptığı gözlenmiştir.

Abstract:
In the thesis study, nonlinear absorption properties of thin films produced from mixtures of TlGa(SxSe1-x)2 (0 ≤ x ≤ 1) semiconductor crystals in different ratios were investigated by experimental method and theoretical model at constant film thickness. The thickness of the thin films produced in vacuum environment by the thermal evaporation system was measured as 80 nm with a spectroscopic ellipsometer. Thin films were found to be amorphous in measurements made using X-ray diffractometry (XRD). The energy band values and Urbach energies of amorphous semiconductor thin films were determined from the linear absorption spectrum drawn with the data obtained using UV-VIS spectrometry. While the energy band values of TlGaSe2, TlGaS0.6Se1.4, TlGaSSe, TlGaS1.4Se0.6 and TlGaS2 amorphous semiconductor thin films are 1.48, 1.53, 1.61, 1.64 and 1.72 eV, respectively, Urbach energies are 0.91, 1.03, 1.06, 1.18 and 1.24 eV. The change in the S/Se ratio caused an increase of 0.24 eV in the energy band value and 0.33 eV in the Urbach energy. It was observed that the Urbach energy increased with increasing S ratio. Open slit Z-scan experiments were performed with a laser with a pulse duration of 4 ns and a wavelength of 1064 nm. In the experiments, the threshold values for saturation (Isat) for 46.6 MW/cm2 intensity were found in the range of 5.05 x 103 – 5.31 x 103 MW/cm2, and nonlinear absorption coefficients (βeff) were found in the range of 2.93 x 103 – 6.57 x 103 cm/MW. The effect of changing S/Se ratio on βeff and Isat was investigated with constant film thicknesses. It has been observed that amorphous semiconductor thin films have nonlinear absorption.