Nano boyutlu yarıiletken ince filmlerde kuantum boyut etkisi ve kinetik özellikler

Abstract

Bu tez çalışmasında katıların bant teorileri ve yarıiletken nano yapılardaki kuantum durumlarından bahsedilmiştir. Kuantum durumları ortaya çıktığında bu durumların yarıiletkendeki etkileri araştırılmıştır. Kuantum boyut etkisinin gerçekleşmesi için gerekli şartlar incelenmiştir. Bu şartlara dayanarak oluşan kuantum kuyuları, kuantum telleri ve kuantum noktaları hakkında bilgiler verilmiştir.Kuantum kuyusundaki sınırlandırılmış kuantum durumlarını hesaplamak için birtakım yöntemlere başvurulmuştur. Bu yöntemlerden özellikle etkin kütle yaklaşımı ve sayısal hesaplama yöntemleri üzerinde durulmuştur. Bu yöntemlerin eksik kaldığı yönler araştırılmıştır.Yarıiletken ince filmlerdeki kuantum boyut etkisi araştırılarak, sınırlandırılmış elektronların iletim özellikleri çalışılmıştır. Elektronlar, bir yüzeyde hareketleri sınırlandırıldığında ve yüzeye dik hareketi ihmal edildiğinde (iki boyutlu elektron gazı modeli) Boltzman İletim Eşitliği (BTE) kullanılarak rölaksasyon zamanı ve film yüzeyindeki öziletkenlik katsayısı elde edilmiştir. Bu durumda, öziletkenliğin film kalınlığına bağlı olmadığı görülmüştür. Kuazi iki boyutlu elektron gazı modelinde (film yüzeyine dik olan elektron hareketi ihmal edilmiyor) ise Boltzman İletim Eşitliği kullanılamadığı durumda Kuantum İletim Teori (QTT) den yararlanılarak z yönündeki öziletkenlik katsayısına ulaşılmıştır. Bu durumda ise film kalınlığının öziletkenliğe etkisi ortaya çıkmıştır.This thesis is about the semiconductor quantum confinements in nanostructures and band theories of solids. When the quantum states occur, the effects of these states on semiconductors are researched. The required conditions for the realization of quantum size effects are studied. Some information is given about the quantum dots, the quantum wires and the quantum wells which are based on these conditions.Some techniques are applied to calculate the states of these quantum confinements in quantum wells. Effective mass approximation (EMA) and numerical computation methods are studied especially. The deficiences of these techniques are researched.Transport properties of electrons confined to semiconducting thin films and quantum size effects are studied. When electrons are constrained to move in a plane and their motion perpendicular to the plane is neglected (two dimensional gas), relaxation time and electrical conductivity on the surface of the film are calculated by using Boltzman Transport Equation (BTE). In this case, conductivity is independent of the thickness of the film. When electrons are constrained to move in a plane and their motion perpendicular to the plane is not neglected (quasi two dimensional gas), electrical conductivity on the z direction is calculated by using the Quantum Transport Theory (QTT). In this case, it is understood that the thickness of the film effects electrical conductivity.