TIGa1-x FexS2 ince filmlerinin dielektrik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of dielectric properties of TIGa1-x FexS2 thin films
Yazar: HADIL BAKRAN
Danışman: DOÇ. DR. HULUSİ KEMAL ULUTAŞ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Termal buharlaştırma yöntemiyle elde edilen Bridgman tekniği kullanılarak üretilen bulk TlGaS2 (Talyum Galyum Sülfür) ve %0,1 Demir (Fe) içeren TlGa0.999Fe0.001S2 kristallerinden, termal buharlaştırma yöntemi kullanılarak 20–200 nm kalınlık aralığında ince filmler hazırlanmıştır. Kristal ve ince filmlerin yapısal özellikleri X-ışını kırınım (XRD) analizi ile incelenmiştir. Bununla beraber, bulk ve ince filmlerin dielektrik özellikleri 1- 10 MHz frekans ve 213-373K sıcaklık aralığında Alpha-A high-resolution dielectric, conductivity, and impedance analyzer ile belirlenmiştir. XRD sonuçlarında, bulk örneklerin kristal yapı gösterdiği ve ince filmlerin ise termal buharlaştırma sürecinde bağlar arasında meydana gelen deformasyonlar sonucunda literatür ile uyumlu olarak amorf yapıya sahip olduğu görülmüştür. Dielektrik sonuçlardan faydalanılarak, yapı içerisinde mümkün polarizasyon mekanizmaları Cole-Cole denklemleri kullanılarak belirlenmiştir ve Fe içeriğinin dielektrik özellikler üzerine etkisi araştırılmıştır. 1-100 Hz.  frekans aralığında tespit edilen uzay yük polarizasyonun varlığı Fe içeriğine atfedilmiştir. Ayrıca boşluk yoğunluğunun dielektrik sabitini açıkça etkilediği görülmüştür. Boşluk yoğunluğu daha yüksek kalınlıklara doğru azalırken, dielektrik sabiti artmaktadır. AC iletkenlik sonuçları, her bir ince film için kalınlığın etkisinin değerlendirilmesine katkıda bulunmuştur. Genel olarak, küçük bir Fe yüzdesinin (%0,1) bile TlGa0.999Fe0.001S2ince filmlerin dielektrik özellikleri ve elektriksel iletkenliği üzerinde dikkate değer bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Sonuç olarak, görünür ve kızılötesi emisyon alıcılarında, X-ışını ve gama ışını dedektörlerinde, nötron dedektörlerinde, barometre ve piezoelektrik fotodirenç gibi farklı uygulamalarda kullanılmak üzere TlGa0.999Fe0.001S2 ince filmlerinin elektriksel ve yapısal özelliklerinin geliştirildiği görülmüştür.

Abstract:
Thin films with a thickness range of 20–200 nm were prepared from bulk TlGaS2 (Thallium Gallium Sulfide) produced using the Bridgman technique obtained by thermal evaporation and TlGa0.999Fe0.001S2 crystals containing 0.1% Iron (Fe) by thermal evaporation method. The structural properties of the crystals and thin films were investigated by X-ray diffraction (XRD) analysis. In addition, the dielectric properties of the bulk and thin films were determined by Alpha-A high-resolution dielectric, conductivity, and impedance analyzer at 1-10 MHz frequency and 213-373K temperature range. In the XRD results, it was seen that the bulk samples showed crystalline structure, and the thin films had an amorphous structure because of the deformations that occurred between the bonds during the thermal evaporation process, which is compatible with the literature. Using the dielectric results, possible polarization mechanisms within the structure were determined using Cole-Cole equations, and Fe content's effect on the dielectric properties was investigated. The presence of space charge polarization detected in the 1-100 Hz frequency range was attributed to the Fe content. It was also observed that the void density clearly affects the dielectric constant. The void density decreases towards higher thickness while the dielectric constant increases. The AC conductivity results contributed to evaluating the effect of thickness for each thin film. In general, it is shown that even a small percentage of Fe (0.1%) has a remarkable impact on the dielectric properties and electrical conductivity of TlGa0.999Fe0.001S2 thin films. As a result, it was observed that the electrical and structural properties of TlGa0.999Fe0.001S2 thin films are improved for use in different applications such as visible and infrared emission receivers, X-ray and gamma-ray detectors, neutron detectors, barometers and piezoelectric photoresistors