İkili ve üçlü bileşik yarı iletken Bi2Te3, Sb2Te3, Bi2Se3 ve (BixSb1-x)2Te3 nanofilmlerinin UPD temeline dayanan elektrokimyasal bir yöntemle atomik seviye kontrollü üretimi ve karakterizasyonu
Atom-by-atom synhesis and characterization of binary and ternary compound semiconductor Bi2Te3, Sb2Te3,Bi2Se3 and (BixSb1-x)2Te3 nanofilms via electrochemical method-based UPD
Yazar: İBRAHİM YASİN ERDOĞAN
Danışman: PROF. DR. ÜMİT DEMİR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Kimya = Chemistry

Özet:
Bi2Te3, Sb2Te3, Bi2Se3 ve (BixSb1-x)2Te3 nanofilmleri sabit bir potansiyelde aynı çözeltiden hazırlanmak istenen bileşiğin bileşenlerinin eş zamanlı potansiyel altı depozisyonu temelli bir pratik elektrokimyasal metot kullanılarak Au (111) substratlar üzerinde depozit edildi. Nanofilmler XRD, STM, AFM, EDS and RA-FTIR ile karakterize edildi. Bi2Te3 nanoçubuk yapılı filmler bazik ortamdan kalıp kullanılmadan elektrodepozit edildi ve depozisyon zamanının kontrolü Bi2Te3 nano çubuklarının çapının 25'den 200 nm'ye ayarlanabilmesine izin verdi. Depozisyon zamanının değiştirilmesi ile büyük ölçüde kalınlığı ve kristal boyutu kontrol edilebilen Bi2Te3 hekzagonal nanokristal yapılı filmler asidik çözeltide hazırlandı. Bazik ve asidik ortamda hazırlanan Bi2Te3 depozitlerinin XRD difraktogramları sırasıyla, yüksek tercihli (110) ve (015) yönelimi ile tek kristal nanofilmler elde edildiğini göstermektedir ve bu durum AFM sonuçlarıyla da uyumludur. Örneklerin EDS spektrumları, Bi/Te oranının yaklaşık 2/3 olduğunu doğruladı. Bi2Te3 depozitlerinin RA-FTIR spektrumları depozisyon zamanının değişmesiyle optiksel bant aralığı enerjisinin değiştiğini gösterir. Sonuçlar, Sb2Te3 ve Bi2Se3 nanofilmlerinin büyümesinin hekzagonal yapılı Sb2Te3 (110) ve Bi2Se3 (110) yüksek kristal yapılı filmlerinin oluşumuyla sonuçlanan üç boyutlu çekirdekleşme ve büyüme takip ettiğini gösterdi. Sb2Te3 ve Bi2Se3 nanofilmlerinin kuantum sınırlama etkisi RA-FTIR ölçümleriyle doğrulandı. (BixSb1-x)2Te3 nanofilmlerinde bizmutun antimona oranı başlangıç materyallerinin ilişkili miktarlarını ayarlama yoluyla kontrol edildi. RA-FTIR ölçümleriyle bant aralığı enerji mühendisliğinin (BixSb1-x)2Te3 filmlerinde gerçekleştirilebileceği gösterildi. Bu üçlü bileşiğin bant aralığı enerjisi sürekli bir şekilde 0,16 eV'tan (Bi2Te3) 0,26 eV'a (Sb2Te3) ayarlanabilir.

Abstract:
Nanofilms of Bi2Te3, Sb2Te3, Bi2Se3 and (BixSb1-x)2Te3 were electrodeposited on Au (111) substrates using a practical electrochemical method, based on the simultaneous underpotential deposition (UPD) of the precursors of the target compound from the same solution at a constant potential. Nanofilms were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning tunneling microscopy (STM), atomic force microscopy (AFM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and reflection absorption-FTIR (RA-FTIR). Bi2Te3 nanorod structured films were electrodeposited template-free first in basic medium and control of the time of deposition allowed the diameter of Bi2Te3 nanorods to be specified in the range from 25 to 200 nm. Bi2Te3 hexagonal nanocrystal structured films, with the film thickness and crystal size controlled to a high degree by varying the deposition time, were obtained in acidic solution. XRD patterns of Bi2Te3 deposits obtained from basic and acidic media indicate to be single crystal nanofilms with highly preferential (110) and (015) orientation, respectively, in agreement with AFM results. EDS analyses of samples confirm that Bi and Te are present in approximately 2:3 atomic ratio. RA-FTIR spectra measured for the Bi2Te3 deposits shows that the optical band gap is changed by deposition time. Results indicate that the growth of Sb2Te3 and Bi2Se3 nanofilms follows the nucleation and three-dimensional growth mechanism resulting in high crystalline films of Sb2Te3 (110) and Bi2Se3 (110) in hexagonal structure. The quantum-confined effect of the Sb2Te3 and Bi2Se3 nanofilms are confirmed by the RA-FTIR measurements. The ratio of bismuth to antimony in the (BixSb1-x)2Te3 nanofilms were controlled by adjusting the relative amounts of the starting materials. Such, it have been indicated that the band-gap engineering can be realized in (BixSb1-x)2Te3 films, by RA-FTIR technique. The band gap of this ternary compound can continuously be tuned from 0.16 eV (Bi2Te3) to 0.26 eV (Sb2Te3).