Co katkılı TlGaS2 kristalinin yapısal, elektrik ve optik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, AIIIBIIIX2VI sınıfına ait Co katkılı TlGaS2 tek kristali; XRD, karanlıkta ve ışıkta sıcaklığa bağımlı iletkenlik, sınırlı boşluk yükü akımı ve soğurma ölçümleri ile araştırıldı. Kristalin stokiyometrisi, EDAX üniteli taramalı elektron mikroskobu ile incelendi. İncelenen külçenin stokiyometrik olduğu ve X-ışını kırınımı verileri ile bu kristalin monoklinik yapıda olduğu gözlendi. İletim mekanizması ve tuzak seviyeleri hakkında bilgi edinmek için 100 ? 400 K sıcaklık aralığında; sıcaklığa bağlı iletkenlik, foto-iletkenlik ve sınırlı boşluk yükü akımı ölçümleri yapıldı. Oda sıcaklığındaki iletkenlik ve elektron yoğunluğu değerleri yaklaşık olarak sırasıyla 10-8 ( )-1 ve 5x1013 cm-3 olarak belirlendi. Sıcaklığa bağımlı iletkenlik ölçümlerinden; yüksek ve düşük sıcaklık bölgelerinde 270 ve 12 meV aktivasyon enerjili iki tuzak seviyesi belirlendi. 270 meV' luk tuzak seviyesi hem karanlıkta alınan sıcaklık bağımlı iletkenlik ölçümü ile hem de sınırlı boşluk yükü akımı ölçümü ile doğrulandı. Tuzak seviyeleri ve yeniden birleşme mekanizmaları, sıcaklığa bağımlı fotoiletkenlik ölçümleri ile belirlendi. Fotoakım ve aydınlatma şiddeti arasındaki ilişki incelendi ve bağımlılığın güç kanunu ile uyum içinde olduğu gözlendi. Farklı sıcaklık değerlerinde n' nin 1.3 ve 1.7 aralığında değerler aldığı görüldü. Temel soğurma kenarında Co Katkılı TlGaS2 tabakalı yarıiletkeninin soğurma katsayısının foton enerjisi ile ilişkisi oda sıcaklığında incelendi. Soğurma ölçümleri, tabakalı bileşiğin doğrudan ve dolaylı bant aralığı değerlerinin sırasıyla 2.56 ve 2.49 eV olduğunu gösterdi.

In this study, Co doped TlGaS2 single crystal belong to the class of AIIIBIIIX2VI have been investigated by means of XRD, temperature dependent dark and illuminated conductivity, Space Charge Limited Currents and Absorption measurements. The stoichiometry was examined using scanning electron microscope equipped with EDAX unit. It was observed that the resulting ingot was stoichiometric and the x-ray diffraction patterns showed that this crystal has monoclinic structure. In order to determine the conduction mechanisms and trap centers, temperature dependent conductivity, photo conductivity and Space Charge Limited Currents measurements have been carried out in the temperature range of 100-400 K. The room temperature conductivity and electron concentration values were about 10-8 ( )-1 and 5x1013 cm-3, respectively. From the temperature dependent conductivity measurements, two activation energies namely 270 and 12 meV have been determined in the high and low temperature range. The trap level named 270 meV determined by the dark temperature dependent conductivity measurement has also been verified by Space Charge Limited Currents. Trapping centers and recombination mechanisms have been determined from the temperature dependent photoconductivity measurements. The relation between photocurrent and illumination intensity have been investigated and it was observed that this dependence in obeys the power law, with n between 1.3 and 1.7 for various temperatures. The dependence of the absorption coefficient on the photon energy near the fundamental absorption edge has been investigated for Co doped TlGaS2 layered semiconductor crystals at the room temperature. The absorption measurements have showed that the layered compound has direct and indirect band gaps and the values were determined to be 2.56 and 2.49 eV, respectively.