Yarıiletken nanokristal yapılar içeren cam malzemelerin kırılma indislerinin interferometrik yöntemlerle belirlenmesi

Abstract

İçinde CdSe veya CdTe yarıiletken katkı bulunan iki tür cam, elmas testere ile15x15x1.5 mm boyutlarında numunelere kesilmiş ve bu numuneler 1000 °C 'de yaklaşık 10 dakika eritilip hızlı bir şekilde oda sıcaklığına soğutulmuştur. Bu numunelere 550 °C ile 675 °C sıcaklıkları arasında farklı sürelerde ısıl işlem uygulanmış ve numuneler içinde nanometre mertebesinde yarıiletken yapılar(kuantum noktaları) elde edilmiştir. Isıl işlem sonrasında numunelere zımparalama ve parlatma işlemleri uygulanmış ve kalınlıkları 0.4 mm ile 1.0 mm arasında değişen paralel plaka şeklinde camlar üretilmiştir. Bilgisayar kontrollü optik deney düzeneği kullanılarak numunelerin optik soğurma spektrumları elde edilmiştir. Optik soğurma spektrumlarındaki birinci eksiton tepelerinin enerji değerleri kullanılarak, cam içindeki ortalama kuantum noktası yarıçapları elde edilmiş ve yarıçap değerlerinin CdSe için 1.89 nm ile 2.75 nm ve CdTe için 2.91 nm ile 3.33 nm aralığında olduğu bulunmuştur. Yarı iletken katkılı, paralel plaka şeklindeki bu camlar Michelson girişimölçeri deney düzeneğinin numune kolunda bulunan motorize döner tabla üzerine yerleştirilmiş ve döner tablanın kontrol ünitesi aracılığıyla ölçülen açılar altında döndürülmüştür. Işığın optik yolundaki değişimin transandantal bir modeli kullanılarak camların kırılma indisleri belirlenmiştir. Başlangıçta numune üzerine dik olarak düşen ışık, numunenin döndürülmesiyle giderek artan bir kırılmaya uğrar. Bunun sonucunda ışığın havadaki optik yolu azalırken cam numune içindeki optik yolu artar. Bu optik yol değişimi girişim saçaklarının kaymasına neden olur. Bu kaymalar eş-zamanlı olarak bilgisayarda kaydedilerek kayma yapan saçak sayısı belirlenir. Numunenin dönme açısı, kayma yapan saçak sayısı ve numune kalınlığı bir transandantal modele yerleştirilerek, laser ışığı için, malzemenin "tahmini" kırılma indisi değerlerine karşılık gelen bir seri dalga boyu değeri elde edilir. Deneyde kullanılan He-Ne laserin dalgaboyu değerini veren tahmini kırılma indisi değeri cam için aradığımız kırılma indisidir. Kırılma indisi 1.457 olarak bilinen bir kaynamış (fused) kuvars prizma ile yapılan deneyler, kırılma indisi için 1.458 ± 0.002 değerini vermiştir. Bu da ölçüm metodunun 10-3 mertebesinde hassasiyete sahip olduğunu göstermektedir. Elde edilen kırılma indisi ve kuantum noktası ortalama yarıçapı değerleri karşılaştırıldığında, kuantum noktası yarıçapındaki artışın kırılma indisinde de artışa neden olduğu bulunmuştur.