Mn katkılı TlınS2 düşük boyutlu yarıiletken malzemede oluşan tuzakların optik ve ESR yöntemi ile incelenmesi
The investigation of traps/defects in mn doped TlinS2 low dimensional semiconductor by ESR/EPR and optical techniques
Yazar: ESRA OKUMUŞ
Danışman: PROF. DR. MİRHASAN SEYİTSOY ; DOÇ. DR. HAJİ AHMEDOV
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında Mn katkılı TlInS_2 yarıiletken kristalin yapısal, optik ve manyetik özellikleri deneysel açıdan incelenmiştir. 
Mn katkısının kristalin yapısında olup olmadığı, dolaylı olarak X- Işınları Kırınımı (XRD) yöntemiyle, kristali oluşturan kimyasal elementlerin stokiyometrik orana uygunluğu bakılarak Enerji Dağılım Spektroskopisiyle (EDX) ve yapısında bulunan kimyasal elementlerin varlığına deneysel olarak bakılarak da Lazerle Oluşturmalı Plazma Spektroskopisi (LIBS) yöntemiyle araştırılarak ispatlandı. 
	Mn katkılı ve katkısız 〖TlInS〗_2 yarıiletken kristallerin manyetik ölçümleri deneysel olarak, X -band Elektron Paramanyetik Rezonans (EPR) spektroskopisiyle 100 K ve 300 K sıcaklıklarında yapıldı. Alınan sonuçlar üzerinden 〖Mn〗^(4+) iyonu için 〖3d〗^3  (S=3⁄2) ve 〖Mn〗^(2+) iyonu için 〖3d〗^5  (S=5⁄2) spin durumlarından kaynaklanan EPR spektrumları elde edildi. Kristallerin toplam manyetizasyonu da Titreşimli Örnek Manyetometre (VSM) yöntemiyle 5 K≤T≤300 K aralığında incelendi. Katkısız kristalin manyetizasyon eğrileri tüm sıcaklık aralığında diamanyetik özellikler gösterdiği halde katkılı kristallerin manyetizasyon eğrileri yaklaşık 5K civarında paramanyetik faza geçtiği görüldü. 
	Mn katkılı 〖TlInS〗_2 yarıiletken kristalin Foto İndüklenmiş Geçiş Akım Spektroskopisi (PICTS) yöntemiyle tuzak durumları deneysel olarak incelendi. Elde edilen sonuçlara göre, katkısız kristalin tuzaklarıyla birlikte Mn katkı iyonuna ait dört tuzağın varlığı ispatlandı. Mn katkılı 〖TlInS〗_2 yarıiletken kristalin, UV-görünür dalga boyu civarında kristalin optik geçirgenlik özellikleri deneysel olarak incelendi. Alınan sonuçlar üzerinden dolaylı ve dolaysız bant aralıklarının sıcaklığa bağlı değişimleri bulundu. Mn katkılı 〖TlInS〗_2 yarıiletken kristal için sıcaklığa bağlı olarak Fotolüminesans ölçümleri yapıldı. Ölçümler 1.2-2 eV ve 2-3.2 eV aralığında iki farklı bölge için yapıldı. Üç farklı lüminesans bant, sırasıyla kırmızı, turuncu-yeşil ve mor ışık bölgelerinde bulundu.

Abstract:
In this thesis, the structural, optical, and magnetic properties of the Mn-doped 〖TlInS〗_2 semiconductor crystal were experimentally investigated. 
Whether the Mn contribution is in the crystalline structure, indirect by X-Ray Diffraction (XRD) method, by Energy Dispersive Spectroscopy (EDX) by looking at the conformity of the chemical elements forming the crystal to the stoichiometric ratio, and by looking experimentally for the presence of chemical elements in its structure, by Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) researched and proven.
Magnetic measurements of Mn-doped and undoped 〖TlInS〗_2 semiconductor crystals were researched with X-band Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy at  100 K-300 K temperatures. According to the results obtained, EPR spectra originating from 〖Mn〗^(4+) ion 〖3d〗^3  (S=3⁄2), and 〖Mn〗^(2+) ion 〖3d〗^5  (S=5⁄2) spin states were obtained. The total magnetization of the crystals was also investigated with the Vibrating Sample Magnetometer (VSM) method in the range of 5 K≤T≤300 K. Whereas the magnetization curves of the undoped crystal showed diamagnetic properties in the entire temperature range, the magnetization curves of the doped crystals were observed to pass into the paramagnetic phase at about 5 K. 
Mn-doped 〖TlInS〗_2 semiconductor crystal the trap states were investigated by the Photo-Induced Transition Current Spectroscopy (PICTS) method. According to the results obtained, the existence of four traps belonging to the Mn doping ion, together with the undoped crystalline traps, was proved in this crystal. The optical transmittance properties of the Mn-doped 〖TlInS〗_2 semiconductor crystal around the UV-Visible wavelength were experimentally investigated. The temperature-dependent changes of the indirect and direct band gaps were found in the results obtained. Photoluminescence measurements were made for the Mn-doped 〖TlInS〗_2 semiconductor crystal depending on the temperature for two different regions in the range of 1.2-2 eV and 2-3.2 eV. Three different luminescence bands were found in the red, orange-green, and violet light regions.