Dört farklı malzemeden oluşturulmuş kuantum kuyularında bağlanma enerjilerinin karşılaştırılması
Comparison of binding energies in quantum wells made of four different materials
Yazar: BERKAN ŞANAL
Danışman: PROF. DR. İLHAN ERDOĞAN
Trakya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu yüksek lisans tez çalışmasında, düşük boyutlu yapıların bir araya gelmesi ile oluşturulan malzemeler incelenmiştir. Bu malzemeler, nanoteknolojinin bir alt dalı olan nanomalzemelerin ve nano yapıların araştırılmasında önemli bir yer almaktadır. Nanomalzemeler, boyutları nanometre ölçeğinde olduğu için malzemelerin normal forumundaki özelliklerinden farklı davranışlar sergileyebilirler.	
Bu bağlamda, kuantum kuyuları da önemli bir rol oynamaktadır. Kuantum kuyuları; yarı iletken malzemelerden oluşur ve elektronun belirli enerji seviyelerinde kuantum mekaniksel kısıtlamalarla hapsedildiği yapılardır. Selenyum (Se), Silisyum (Si), ve Germanyum (Ge) gibi doğal elementlerin yanı sıra bakır oksit (〖Cu〗_2 O), galyum arsenid (GaAs), indiyum fosfür (InP), kurşun sülfür (〖PbS〗_2) gibi bileşikler de kuantum kuyuları oluşturmak için kullanılmaktadır.
Bu yarı iletken malzemeler, günümüzde elektronik cihazlar, optoelektronik bileşenler, güneş pilleri, lazerler ve diğer pek çok teknolojik uygulamada kullanılmaktadır. Özellikle, nanoteknolojinin ilerlemesiyle birlikte, bu malzemelerin kullanım alanları ve performansı sürekli olarak gelişmektedir. Bu tez çalışması, bu gelişmelerin anlaşılmasına ve uygulanmasına katkı sağlamayı amaçlamaktadır.
Bu tez çalışmasında farklı x konsantrasyon değerleri için; 〖In〗_(1-x) 〖Al〗_x P/InP, Ga_(1-x) 〖Al〗_x As/GaAs, 〖In〗_(1-x)  〖Ga〗_x As/InAs, 〖In〗_(1-x) 〖Al〗_x As/ InAs yarı iletken malzemeleri ile kuantum kuyuları tanımlanmıştır. Bu yarı iletken malzemelerin kuantum kuyularında nasıl davrandıkları ve enerji seviyelerindeki değişiklikler araştırılmıştır. Seçilen yarı iletken malzemelerin, elektrik alan etkisinde iken ve yabancı bir atomun kuantum kuyusunda bulunduğu durumlarda; elektronun bağlanma enerjisinin nasıl değiştiği grafiklerle incelenmiştir. Bu çalışma sırasında kullanılan malzemeler ile oluşturulmuş olan kuantum kuyuları; sonlu simetrik kuantum kuyuları olarak ele alınmıştır. "x" ile ifade edilen konsantrasyon miktarı seçilen tüm malzemelerde, x = 0,35 olarak ele alınmıştır. Burada bahsedilen "x" ifadesini örneklemek gerekirse Ga_(1-x) 〖Al〗_x As/GaAs yarı iletken malzemesinde konsantrasyon olarak alüminyum kullanılmıştır. Konsantrasyon değeri olarak Ga_(1-x) 〖Al〗_x As/GaAs malzemesi üzerinde; x=0,35 yazılırsa malzeme; Ga_0,65 〖Al〗_0,35 As/GaAs şeklini alır. Bu ifade de bu kuantum kuyusunun %35 Al, %65 Ga 'dan meydana geldiğini belirtir.

Abstract:
In this master's thesis, materials formed by the assembly of low-dimensional structures have been studied. These materials hold a significant place in the research of nanomaterials and nanostructures, which are subfields of nanotechnology. Nanomaterials can exhibit different behaviors from their normal forms due to their nanometer-scale dimensions.
In this context, quantum wells play an important role. Quantum wells are structures composed of semiconductor materials where electrons are confined by quantum mechanical restrictions at certain energy levels. In addition to natural elements such as Selenium (Se), Silicon (Si), and Germanium (Ge), compounds like copper oxide (Cu₂O), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), and lead sulfide (PbS₂) are also used to form quantum wells.
These semiconductor materials are utilized in modern technological applications, including electronic devices, optoelectronic components, solar cells, lasers, and many others. Particularly with the advancement of nanotechnology, the usage areas and performance of these materials are continuously improving. This thesis aims to contribute to the understanding and application of these developments.
In this thesis, quantum wells are defined using semiconductor materials 〖In〗_(1-x) 〖Al〗_x P/InP, Ga_(1-x) 〖Al〗_x As/GaAs, 〖In〗_(1-x)  〖Ga〗_x As/InAs, and 〖In〗_(1-x) 〖Al〗_x As/ InAs for different x concentration values. The behavior of these semiconductor materials in quantum wells and the changes in their energy levels have been investigated. The changes in the binding energy of electrons in these selected semiconductor materials under the influence of an electric field and in the presence of an impurity atom in the quantum well have been examined through graphs. The quantum wells formed with the materials used in this study have been considered as finite symmetric quantum wells. The concentration amount expressed by "x" has been taken as x = 0.35 for all the selected materials. To exemplify the expression of "x", in the Ga_(1-x) 〖Al〗_x As/GaAs semiconductor material, aluminum is used as the concentration. If x=0.35 is written for the Ga_(1-x) 〖Al〗_x As/GaAs material, it becomes Ga_0,65 〖Al〗_0,35 As/GaAs, indicating that this quantum well consists of 35% Al and 65% Ga.