Kuantum tellerinin InSb gibi elektro-optik malzemelerden uretilmesi kşzşlotesi detektor teknolojileri ic in ozellikler vaat etmektedir.
Tasşyşcşlarşn bir boyutlu ve sşfşr boyutlu nano-yapşlarda hapis olmasş kşzşl otesi şsşg şn algşlanmasşnda gelme ac şsşna olan bag şmlşlşg ş ve bununla birlikte hali hazşrdaki detektorlerde kullanşlan harici kşrşnşm ag larş gibi yapşlara olan ihtiyacş ortadan kaldşrmaktadşr. Bu yarşiletken nano-kristallerinin ayrşk elektronik enerji seviyeleri uc ve iki boyutlu kristallere gore daha uzun tasşyşcş yakalama ve durulma zamanş sag lamakta ve elektronlarşn fononlardan sac şlmalarş azalmaktadşr. Bu durum detektorler ic in daha dusuk sinyal gurultu oranş (SNR) sag layacaktşr. Az miktarda fonon sac şlmasş bir foto-detektor ic in daha dusuk fon akşmş anlamşna gelmektedir. Ayrşca detektor duyarlşlşg şnşn tasşyşcş yakalama zamanşnşn karesiyle orantşlş oldug unda goz onune alşnmalşdşr. Elektronik enerji seviyelerinin ayrşsarak tasşyşcşlarşn belli enerji seviyelerinde yog unlasmalarş kuantum teli ve noktasş kşzşl otesi detektorlere daha yuksek sşcaklşklarda c alşsma potansiyelini sag lamaktadşr. Bu
bantlar arasş genisleme yarşiletken nano-kristallerinin boyutlarş kontrol edilerek ayarlanabilir. Boylece farklş dalgaboyu aralşklarşnşn algşlanmasş malzemenin konfigurasyonu deg istirilmeden sag lanabilecektir ki, bu da onemli bir uretim kolaylşg ş teskil edecektir Bu bag lamda kuantum telleri ve kuantum noktalarşnşn detektor teknolojilerinde kullanşmşnş amac layan arastşrmalar yog unlasmşstşr [5].
4. DENEYSEL C ALISMALAR
4.1. Amac
Yarş-iletken nano-telleri farklşlasan elektronik ve optik ozellikleriyle mikro-elektronik ve elektro-optik uygulamalarşnda kullanşlmasş dusunulen yapşlardşr. Bu c alşsmanşn amacş c aplarş 50 nm ve altşnda olan InSb tellerinin buyutulmesidir. Tellerin buyutulmesi amacşyla alumina nano-sablonlarşn hazşrlanarak, kullanşlmasş uygun goruldu. Sablonlarşn uretimi sşrasşnda gozenek c apşnş kontrol etmek mumkundur [8]. Bu durum tellerin c aplarşnşn onceden belirlenmesini sag lamaktadşr. Tellerin sablonlarşn ic ine biriktirilmesi ic in elektrolitik alasşm biriktirme yonteminin kullanşlmasş uretim ac şsşndan kolaylşklar sag lamaktadşr [7].
Bu c alşsmada;
• Aluminyumun anodizasyonu ile alumina nano-tuplerin meydana getirilmesi,
• alumina nano-tuplerin diplerinin kaplamaya uygun hale getirilmesi,
• elde edilen yapşnşn sablon olarak kullanşlarak InSb nano-tellerinin elektrolitik alasşm biriktirme yontemiyle buyutulmesi,
• meydana getirilen yapşlarşn karakterize edilmesi amac lanmşstşr.
4.2. Deneylerde Kullanİlan Malzeme, Alet Ve Cihazlar 4.2.1. Kullanİlan Malzemeler
Aluminyumun anodizasyonu, zinkatlama, elektrolitik metal biriktirme ve alasşm biriktirme deneyleriyle, aluminyum plakalarşn temizlenmesi ic in kullanşlan kimyasal maddeler Tablo 4.1Üde verilmistir.
Elektrolitik alasşm kaplama deneylerinde referans olarak Ag/AgCl elektrot, yardşmcş elektrot olarak ta platin plaka, anodizasyon deneylerinde katot olarak paslanmaz c elik plaka kullanşlmşstşr.
Tablo 4. 1: Deneylerde kullanşlan kimyasallar.
Kimyasal Madde Saflİk U retici Firma
InCl3 %99.9 Alfa Aeser
SbCl3 %99.9 Alfa Aeser C6H8O7±H2O %99.9 MERCK K3C6H5O7±H2O %99.9 MERCK NaOH %99.9 MERCK (COOH)2 %99.9 MERCK HNO3 %65 MERCK NiSO4 %99.9 MERCK ZnO %99.9 MERCK
4.2.2. Kullanİlan Aletler ve Cihazlar
Aluminyumun anodizasyonu ic in 72 V - 12 A c şkşslş dog ru akşm kaynag ş kullanşlmşstşr. Deneyler c ift cidarlş aluminyum su banyosunda yapşlmşs sşcaklşg şn kontrolu 0.5 ¼C duyarlş termostatla sag lanmşstşr.
Elektrolitik nikel biriktirme deneyi ic in dog ru akşm kaynag ş kullanşlmşstşr. Hazşrlanan kaplama c ozeltisin sşcaklşg ş 50 - 250 ¼C aralşg şnda c alşsan şsştşcş ile kontrol edilip, termometre yardşmşyla olc ulmustur.
InSb elektrolitik alasşm biriktirme deneyleri ic in Radiometer marka Voltalab PGZ301 model bilgisayar kontrollu potentiostat kullanşlmşstşr. Biriktirme islemi su gomlekli cam hucre ic erisinde yapşlmşs, kaplama c ozeltisinin sşcaklşg ş 0.5 ¼C duyarlş termostatla kontrol edilmistir. Filmlerin yuzey ve kesit goruntuleri Jeol marka, JFM-7000 model alan emisyonlu, yuksek c ozunurluklu taramalş elektron mikroskobu kullanşlarak elde edilmistir. U retilen alasşmlarşn atomik oranlarş Oxford INCA marka X-sight model enerji dag şlşm spektrometresi kullanşlarak belirlenmistir. Bakşr uzerinde biriktirilen filmlerin X-şsşnş kşrşnşm desenleri Rigaku marka MiniFlex model XRD cihazş kullanşlarak elde edilmistir. Kşzşlotesi spektrumlarşnşn belirlenmesi ic in Perkin Emler marka, SpectrumOne model FT-IR cihazş ve Jobin Yvon marka HR800 UV model mikro RAMAN cihazş kullanşlmşstşr.
4.3. Deneyler ve Karakterizasyon
Deneysel c alşsmalar dort asamada gerc eklestirilmistir. Her asama uretim ve karakterizasyon c alşsmalarşndan olusmaktadşr. Alasşmşn kaplama parametrelerinin belirlenmesi amacşyla bakşr folyo altlşklar uzerine InSb kaplanarak dokuz adet numune uretilmistir. Tellerin uretimi asamasşnda aluminyumun anodizasyonu ve elektrolitik alasşm biriktirme yontemi kullanşlarak biri kontrol numunesi olmak uzere bes adet numune uretilmistir.
4.3.1. Alasİm Biriktirme Parametrelerinin Belirlenmesi
Bakşr altlşklar uzerine InSb ”elektrolitik alasşm kaplama„ yontemiyle kaplandş ve enerji dag şlşm spektrometresi (EDS) kullanşlarak elementer analizleri, X-şsşnş kşrşnşm spektrometresi (XRD) kullanşlarak faz analizi gerc eklestirilerek karakterize edildi.
4.3.1.1. Numune Hazİrlama
Uygun boyutlarda kesilmis bakşr (Cu) folyolar temizlenerek kaplamaya hazşr hale getirilmek ic in sşrasşyla; 1200 numaralş zşmpara kag şdş kullanşlarak yuzeydeki oksit tabakasş temizlendi ve distile suyla yşkandş, ultrasonik banyoda 30 ¼C sşcaklşkta, 10 dk aseton ic inde temizlendi, hidroklorik asit (HCl) c ozeltisi ic inde 15 s tutularak destile su ile yşkandş.
4.3.1.2. Alasİmİn Biriktirilmesi
500 ml kaplama sulu c ozeltisi hazşrlandş, c ozeltinin bilesenleri ve c ozeltiye katşlan miktarlarş Tablo 4.2Üde verilmistir.
Tablo 4. 2: Elektrolitik alasşm biriktirme c ozeltisinin bilesenleri ve moleriteleri. Bilesen Moleku ler agİrlİgİ Molarite (M) C ozeltiye katİlan
miktar (g)
InCl3 221,179 0,1 11,06
SbCl3 228,109 0,025 2,85
C6H8O7±H2O 210,140 0,15 15,76 K3C6H5O7±H2O 324,410 0,06 9,73
Kaplamanşn gerc eklestirildig i deney sistemi su ceketli kaplama hucresi, termostat ve guc kaynag şndan olusmaktadşr. Cam hucrenin su gomleg i termostata bag landş. Kaplama islemi, c ozelti 16 ¼C sşcaklşg a getirilerek gerc eklestirildi. Referans elektrot (Ref) olarak Ag/AgCl, yardşmcş elektrot (Aux) olarak platin (Pt) ve c alşsma elektrodu olarak ta hazşrladşg şmşz bakşr numuneler kullanşldş. Deney sistemi Sekil 4.1Üde sematik olarak gosterilmistir.