Cam içinde CdTe kuantum noktalarının büyüme kinetiği

Abstract

İçerisinde az miktarda CdTe yarıiletken katkı bulunan cam, elmas testere ile 10x10x1.5 mm boyutlarında numunelere kesilmiş ve her bir numune 1000 °C'de -10 dakika eritilip oda sıcaklığına hızlı bir şekilde soğutulmuştur. Eritilmiş numunelere 575 °C-675 °C sıcaklıkları arasında değişik sürelerde ısıl işlem uygulanarak, numuneler içerisinde nanometre mertebesinde CdTe yarıiletken parçacıkları (kuantum noktalan) elde edilmiştir. Isıl işlemden sonra, her bir numuneye zımparalama ve parlatma işlemi uygulanmış ve numunelerin kalınlığı -0.5 mm'ye düşürülmüştür. Numuneler içerisinde elde edilen CdTe kuantum noktalarının, ısıl işlem sıcaklığı ve süresine bağlı olarak yayınım (difuzyon) yolu ile büyümesi optik yöntemlerle incelenmiştir. Cam içerisindeki CdTe kuantum noktalarının büyüme kinetiğinin araştırılması için bilgisayar kontrollü optik deney düzeneği kurulmuş ve bu düzenekte numunelerin optik soğurma spektrumları elde edilmiştir. Numunelerin optik soğurma spektrumları incelendiğinde, CdTe kuantum noktalarının cam malzemede az sayıda oluştuğu belirlenmiştir. CdTe kuantum noktalarının az sayıda oluşumunun tellürün (Te) okside olmasından ve CdTe kuantum noktalarının eritme işlemi sırasında buharlaşmasından kaynaklandığı sanılmaktadır. Bu nedenle, CdTe kuantum noktalarının cam içinde oksijen kontrollü bir atmosferde oluşturulması ile sayılarının artırılması düşünülebilir. Optik soğurma spektrumlarından yararlanılarak numunelerin eksiton enerji düzeyleri belirlenmiştir. Eksiton enerji düzeylerinin belirlenmesinde MATLAB 6.0'da hazırlanan sayısal türev alma programı ve Hikmet Yükselici tarafından QBasic'de hazırlanmış model program kullanılmıştır. Model program ile numuneler içerisindeki ortalama kuantum noktası yarıçapları belirlenmiştir. Yarıçapların ısıl işlem süresiyle değişim grafiği elde edilmiş ve bu grafikten yararlanılarak ısıl işlem uygulanmadan önce, eritme işlemi ile numuneler içerisinde oluşan ortalama kuantum noktası yarıçapı -1.6 nm bulunmuştur. Mie saçılma kuramı, kuvvetli hapis durumunda küresel kuyu içerisinde eksiton için Schrödinger denkleminin çözümü ve Arrhenius eşitliğinden yararlanılarak önemli bir büyüme kinetiği parametresi olan aktivasyon enerjisi, yayınımı sınırlayan bileşen için -170 kJ/mol hesaplanmıştır.