Ab initio hesaplamaları: Kusurların varlığında A3B3C62 üçlü ve A2B6 ikili tabakalı kalkojenit kristallerin elektron ve fonon spektrumu

Abstract

Bu tez çalışmasının amacı farklı cins kusurların (boşluk, katkı iyon, yerine atom koyma (substitution) ve araya atom yerleştirme kusurları) TlGaSe2, TlInS2, GeSe, GeTe, SnSe, SnS ve SnTe gibi tabakalı yarı iletkenlerin örgü kristal yapılarında modellenmesi ve bu modellere dayanarak kusurların malzemelerin fiziksel özelliklerine etkisini teorik olarak araştırmaktır. Çalışmada Quantum Espresso hesaplama programı kullanılmıştır. Yoğunluk fonksiyonel teorisine dayanan bu programda Pseudopotential yaklaşımı uygulanmıştır. Tez çalışması kapsamında, sözü geçen yarıiletken malzemelerin saf kristal hali ile beraber, safsızlık veya örgü kusuru içeren durumları da incelenmiştir. Kusursuz ve çeşitli kusur tiplerini içeren bu yarı iletken malzemelerin elektronik bant yapısı, izdüşümsel durum yoğunluğu (DOS), elektriksel ve optik özellikleri hesaplanmıştır. Saf ve bünyesinde çeşitli kusur içeren malzemelerin fiziksel özellikleri simüle edilmiştir ve alınan sonuçlar karşılaştırmıştır. GeSe tabakalı kristalde sıradan olmayan yüzey fonon titreşim modları teorik olarak tespit edilmiştir. Tez çalışmasında GeSe tabakalı yarı iletkenin kafes yapısı çeşitli sayda tabakalardan (birden sekize kadar) oluşturularak modellenmiştir. Tüm incelenmiş yapılarda yüzey fonon titreşim modları bulunmuştur. Sekizden fazla tabakalardan oluşan GeSe yapı modellerinde yüzey fonon titreşim modları hacim fononlar arasında kaybolması yapılmış teorik araştırma sonucu olarak sunulmuştur.

The aim of this thesis study is to model different types of defects (vacancy, dopant ion, substitution and interstitial defects) in the lattice crystal structures of layered semiconductors such as TlGaSe2, TlInS2, GeSe, GeTe, SnSe, SnS and SnTe and based on these models. Theoretically, the effect of defects on the physical properties of materials is investigated. Quantum Espresso calculation program was used in the study. Pseudopotential approach is applied in this program which is based on density functional theory. Within the scope of the thesis, the pure crystalline state of the aforementioned semiconductor materials, as well as their impurities or lattice defects, were also investigated. The electronic band structure, density of state (DOS), electrical and optical properties of these semiconductor materials, which are perfect and contain various defect types, were calculated. The physical properties of pure and materials containing various defects were simulated and the results were compared. The non-ordinary surface phonon vibrational modes in the GeSe layered crystal have been theoretically determined. In the thesis study, the lattice structure of the GeSe layered semiconductor was modeled by forming various layers (from one to eight). Surface phonon vibrational modes were found in all studied structures. Surface phonon vibration modes in GeSe structural models consisting of more than eight layers are presented as a result of theoretical research that has been lost between volume phonons.