Bizmut tek kristallerinin büyütülmesi ve bazı kristal özelliklerinin araştırılması

Abstract

İletken katılan ,enerji band modellerine göre üç gurupta sınıflandırmak mümkündür. Bunlar, metaller, yarımetaller ve yarı iletkenlerdir. Yarımetallerde valans ve iletkenlik enerji bandları küçük bir bölgede çakışmıştır. Bu nedenle yarımetallerde 0°K sıcaklığında elektriksel iletkenlik gösterirler. Saf yarımetal kristallerde elektrik akımı yarı iletkenlerde olduğu gibi,elektron ve hollerle sağlanır.Ancak yarımetallerde elektron ve hole taşıyıcı yoğunluğu birbirine eşit kat küçüktür. Bunlarda elektriksel iletkenlikler küçük buna karşılık Ha’l, magnetorezistivite ve Seebeck katsayıları büyüktür. Bu son özelliklerden dolayı, katıların iletkenlik özelliklerini anlamada yarımetal tek kristaller üzerinde yapılan çalışmaların önemi çok büyüktür. Beşinci gurup elementlerinden Bizmut, Antimon ve Arsenik birer yarı metaldir. Bu üç elementin kristal yapısı romboedraldir. Omboedral yapının sonucu olarak yarı metallerde fiziksel özellikler anizotropiktir. Yarı metal Bizmutun kristal yapısı ve enerji band modeli geniş olarak II. bölümde anlatılacaktır. Yarı metal Bizmut elementinin kaliteli tek kristallerini lâboratuvarlarda büyütmek kolaydır.Bu kristallerin büyütülmesinde genellikle iki yöntem kullanılır. Birinci yöntemde, istenilen yönde tek kristal büyütmek için tohum (çekirdek) kristal kullanılır. İkinci yöntemde tohum kristal kullanılmaz. Buna en iyi örnek Bridgman kristal büyütme yöntemidir. Bazı elementlerin tek kristalleri büyümede tercihleri yönelme gösterirler. Bizmut bunlardan biridir. Tohum kristal kullanmaksızın büyütülen Bizmut tek kristallerinde, kristal büyüme ekseni ile trigonal eksen arasındaki açının 90° veya 90° ye yakın olduğu deneysel çalışmalardan bilinmektedir. Çalışmamızın birinci kısmında Eridgman yöntemiyle Bizmut tek kristallerini büyütmek için bir kristal büyütme sistemi yapılmıştır. Sistemde büyütülen tek kristallerin yönelmesi, kristal büyütme koşullarına bağlı olarak incelenmiştir. Kristallerin büyütülmesi ve büyütülen kristallerin yönelmeleri geniş olarak; III. bölümde verilecektir. Bizmut tek kristallerde Seebeck katsayıları anizotropiktir. İznutun mutlak Seebeck katsayıları değişik sıcaklık aralıklarında çeşitli araştırmacılar taralından ölçülmüştür Bu çalışmada büyütülen bir Bizmut tek kristalinden uygun iki örnek çıkarılmış ve bu örnek kristallerin mutlak Seebeck katsayıları 139-350^K sıcaklık aralığında ölçülmüştür. Ölçülen mutlak Seebeck katsayılarından elektron ve hollerin kısmi Seebeck katsayıları ve Fermi enerjileri hesaplanmıştır. Permi enerjilerin hesaplanmasında iki band modeli kullanılmıştır. İçin iki band modelinin geçerliliği araştırılmıştır. Seebeck katsayılarıyla ilgili kuramsal bilgi, tarafımızdan yapılan deneysel çalışma ile elde edilen deney verilerinden iki band modeline göre Permi enerjilerinin hesabı ve çalışılan sıcaklık aralığında iki...