A3B3C62 yarı iletken ferroelektriklerin dielektrik spektroskopi yöntemi ile incelenmesi
Investigation of A3B3C62 ferroelectirics semiconductor with dielectric spectroscopy
Yazar: YAKUP BAKIŞ
Danışman: PROF. DR. RAUF SÜLEYMANLI
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Dielektrik ölçümler = Dielectric measurements ; Dielektrikler = Dielectrics ; Ferroelektrik = Ferroelectrics ; Tabakalı kristaller = Laminated crystalls ; Tabakalı yarı iletkenler = Layered semiconductors

Özet:
Geniş frekans (30Hz-13MHz) aralığında ve geniş sıcaklık aralığında (90K?420K) TlInS2ve TlGaSe2 katmanlı ferroelektrik kristallerinin dielektrik özellikleri katmanlara dik ve paralel yönde incelenmiştir.Her iki kristalde katmanlı yapıdan dolayı katmanlara paralel yöndeki iletkenliğin, katmanlara dik yöndeki iletkenlikten çok daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Yine her iki kristalde de katmanlara paralel yönde iletkenliğin, faz geçişleri sıcaklıklarında maksimumdan geçtiği gözlendi. Ayrıca incelenen sıcaklık aralığında her iki kristalde faz geçişleri sıcaklıklarından yüksek sıcaklıklarda, katmanlara paralel yöndeki iletkenlik mekanizmasının katkılarla bağlı olan standart aktivasyon mekanizması olduğu belirlenerek kristallerin iletkenlik mekanizmaları tespit edilmiştir.Katmanlara dik yönde yukarda bahsedilen iletkenlik mekanizması sadece yüksek sıcaklıklarda gözlenmiştir. Bunlardan daha düşük olan sıcaklıklarda iletkenlik mekanizmasının atlama (hopping) mekanizması olduğu sonucuna varılmıştır. Bununla birlikte katmanlara dik yönde faz geçişlerine ait herhangi bir özellik gözlenmemiştir. Ayrıca TlInS2 ve TlGaSe2 kristallerinin kristal yapıları birbirine yakın olmasına rağmen katmanlara dik olan yönde iletkenliğin ve dielektrik sabitinin sıcaklıkla değişiminin çok farklı olduğu tespit edilmiştir.Yukarıda belirtilen iletkenlik mekanizmaları dielektrik sabitlerinin ( , ) sıcaklığa ve frekansa bağlı olan davranışına yansımıştır. Yani her iki kristalde dielektrik sabitlerin davranışının esasen serbest yüklerle bağlı olduğu tespit edilmiştir. Aynı zamanda elektrik modülünün argand diyagramlarının elde edilmesi serbest yüklerin kutuplaşma mekanizmasında önemli rol oynadığı sonucuna varılmıştır. Bununla birlikte yüksek frekanslardaki A.C. iletkenliğin evrensel Jonscher formülüne uygun olarak değiştiği tespit edilmiştir. (yine TlGaSe2 kristallerinin belli bir sıcaklık bölgesindeki davranışı hariç)Yapılan araştırmalar sonucu her iki kristalde durulma zamanının sıcaklıkla değişimi her iki yönde de elde edilmiştir. Katmanlara paralel olan yönde her iki kristalde faz geçişlerine yakın noktalarda durulma zamanın özel davranışı tespit edilmiştir. Ancak bu durulma zamanın sıcaklıkla değişimi her iki kristalde Debye mekanizması ile değil Vogel-Fulcher mekanizması ile açıklanması mümkün olmuş bunun sonucunda da bu kristallere ait literatürde ender rastlanan camsı geçiş sıcaklıkları tespit edilmiştir.TlInS2 kristalinin dik yöndeki durulma zamanları elde edilmiştir ancak bilinen bir davranışa uymadığı görülmüştür. TlGaSe2 kristalinin katmanlara dik yöndeki kutuplanma mekanizması Maxwel-Wagner modeli esasında açıklanmış ve katmanlara dik olan yönde olan durulma zamanı Vogel-Fulcher mekanizmasına uygun olan davranışı tespit edilmiş ve bu davranışın geleneksel faz geçiş bölgesinden uzak bir sıcaklık bölgesinde (145-175K) yeni bir faz geçişine ait davranış gözlenmiştir. Yukarıda da belirttiğimiz gibi TlGaSe2 kristallerinin katmanlara dik yönde yeni bir faz geçişini olması düşüncesi ortaya konulmuştur. Bu faz geçişinin davranışı tüm katmanlara dik yöndeki grafiklere yansımıştır: 1- Gösterilen sıcaklık bölgesinde iletkenliğin sıcaklıkla davranışında bir `çukur' şeklinde kendini göstermiştir. 2- Benzer çukur dielektrik sabitinin davranışında da gözlenmiştir. 3- Evren Jonscher ( )S parametresinin keskin derecede aynı sıcaklık bölgesinde azalması tespit edilmiştir. 4-TlGaSe2 kristalinde yapılmış olan Shotky bariyerlerin incelenmesinde aynı sıcaklık bölgesinde akım mekanizmalarının keskin bir şekilde değişmesi görülmüştür.(Temperature-dependent polarity reversal)Literatürde bulunan TlGaSe2 kristaline ait farklı fiziksel parametrelerinin incelenmesi sonuçları ile birlikte aldığımız sonuçların 145-175K sıcaklık bölgesinde yeni bir faz geçişinin olması kanıtlanmıştır.

Abstract:
Dielectric properties of TlInS2 and TlGaSe2 layer ferroelectric crystals in the direction perpendicular and parallel to layers were investigated in a wide frequency (30Hz-13MHz) range and a wide temperature range (90K-420K) .It have been idintified that conductivity in the direction parallel to the layers is bigger than conductivity in the direction perpendicular to the layersin both crystal due to layered crystal structure. Again in both crystal, conductivity in the direction parallel to the layers, temperature for maximum occurrence of phase transitions were observed. In addition, the studied temperature range in both crystal at high temperatures that is phase transition temperatures, layers that are connected parallel to the direction conductivity contributions mechanism, the activation mechanism of the standard mechanisms that have been identified by determining the conductivity of the crystals.The above-mentioned mechanism of conductivity in the direction perpendicular to the upper layers have been observed only at high temperatures. These lower temperatures, the mechanism of conductivity hopping concluded that the mechanism. However, any property belonging to the transition phase has been observed in the direction perpendicular to layers. Also TlInS2 and TlGaSe2 crystals and crystal structures, although close to each other layers in the direction perpendicular to the conductivity and dielectric constant with temperature variation was found to be very different.Conductivity of the dielectric constants of the mechanisms mentioned above ( , ) depending on temperature and frequency, which is reflected in the behavior. In other words, the behavior of both crystal dielectric constants were found to be mainly due to free charges. Argand diagrams of electric modulus at the same time to get loads of free polarization mechanism was concluded to play an important role. Nevertheless, the high frequencies A.C. Jonscher universal conductivity varies according to the formula has been found.Relaxation time with temperature change as a result of studies of both crystal was obtained in both directions. The direction parallel to the upper layers of both crystal phase transition points close to the private behavior of relaxation time has been found. However, the mechanism of this relaxation time with temperature change in both crystal Debye not be explained by Vogel-Fulcher mechanism as a result, these crystals have been rare in the literature of the glass transition temperatures were determined.TlInS2 direction perpendicular to the crystalline relaxation times were obtained, but does not conform to a well-known behavior. Maxwell-Wagner polarization mechanism is the direction perpendicular to the crystalline TlGaSe2 layers and layers of the model are explained on the basis of the relaxation time in the direction perpendicular to the Vogel-Fulcher behavior in accordance with the mechanism of this behavior have been defined and the traditional phase transition temperature in a remote region (145-175K) is a new phase transition of the observed behavior. As mentioned above, the passage of a new phase in the direction perpendicular TlGaSe2 crystals layers have put forward the idea. This charts the direction perpendicular to the phase transition behavior is reflected in all layers: 1 - Showing in the temperature behavior of conductivity with temperature in a 'pit' has shown itself in the form. 2 - Similar pits have been observed in the behavior of the dielectric constant. 3 - The Universe Jonhscer ( ) S parameter to the same degree of sharp decrease in temperature was detected. Which is made of crystalline 4-TlGaSe2 Shotky barriers in the same temperature as the study of mechanisms of flow was observed to change sharply. (Temperature-dependent polarity reversal)The results of the examination of different physical paremetrelerinin TlGaSe2 crystal found in the literature we received with the 145-175K temperature range of results has been proven to be a new phase transition.