III-N tipi yarıiletkenler ile berilyum kalkojenlerin yapısal elektronik ve titreşim özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu tezin amacı III-N materyallerinin (BN, AlN, GaN ve InN), Berilyum-kalkojenlerin (BeS, BeSe ve BeTe) ve onların (110) yüzeylerinin yapısal, elektronik ve titreşim özelliklerini teorik olarak incelemektir. Çinko-sülfür yapıdaki III-N yarıiletkenlerinin, Be-kalkojenlerin ve (110) yüzeylerinin bu özellikleri, düzlem dalga yapay potansiyel metodu, yoğunluk fonksiyon teorisi, lineer tepki metodu ve süper hücre yaklaşımı kullanılarak çalışılmıştır. Bu konunun seçilmesinin nedeni, geniş bant aralıklı ve oldukça sert olan bu materyallerin elektronik, opto-elektronik ve yarıiletken aygıtlarda kullanılmaya çok uygun olmalarıdır. Bu ilginç özellikleri nedeniyle bu yarıiletkenlerin hacim özellikleri üzerine oldukça fazla sayıda çalışma yapılmıştır. Böylece bu materyallerin taban durumu özellikleri çok iyi anlaşılmasına rağmen, onların yüzeylerinin yapısal, elektronik ve titreşim özellikleri daha az çalışılmıştır ve henüz tamamlanmamıştır. Özellikle, Be-kalkojenlerin (110) yüzeyleri ile ilgili literatürde teorik veya deneysel hiçbir çalışma yoktur. Bu nedenle, bu yarıiletkenlerin ve (110) yüzeylerinin yapısal, elektronik ve titreşim özelliklerinin çalışılması, teknolojik uygulamalar için çok faydalı olacaktır.Tez çalışmasının ilk dört bölümünde literatür bilgileri, incelenen yarıiletkenlerin ve (110) yüzeylerinin kristal yapıları, yarıiletkenlerin incelenmesinde kullanılan deneysel teknikler ve yoğunluk fonksiyon teorisi hakkında bilgi verilmiştir. Beşinci ve altıncı bölümlerde sırasıyla III-N yarıiletkenlerinin ve Be-kalkojenlerin yapısal, elektronik ve titreşim özellikleri için elde edilen sonuçlar sunulmuştur. Bir sonraki yedinci bölümde III-N(110) yüzeyleri için aynı özellikler anlatılmış ve geniş bir şekilde tartışılmıştır. Sekizinci bölümde BeS(110), BeSe(110) ve BeTe(110) yüzeyleri için elde edilen sonuçlar literatürde ilk defa bu tezde sunulmuştur. Son bölümde ise elde edilen sonuçlar tartışılmış ve ileride yapılması planlanan çalışmalardan bahsedilmiştir.

The aim of this thesis is to investigate structural, electronic and dynamical properties of III-nitride materials (BN, AlN, GaN and InN), Beryllium-chalcogenides (BeS, BeSe and BeTe) and their (110) surfaces, theoretically. These properties of the zinc-blende bulk phase and the (110) surface of III-nitrides and Be-chalcogenides have been studied by employing the plane-wave pseudopotential method, density functional theory, linear response technique and supercell approach. The reason for choosing this topic is that these materials are very suitable for applications in electronic, opto-electronic and semiconductor devices because of their large band gaps and hardness. Due to these interesting properties, there has been great interest in the study of bulk properties of these semiconductors. Although the ground state properties of these materials are well understood now, studies of structural, electronic and vibrational properties of their surfaces are fewer and incomplete. In particular, theoretical or experimental investigations of Be-chalcogenide (110) surfaces are still lacking from the literature. Thus, it is important to determine structural, electronic and vibrational properties of these semiconductors and their (110) surfaces in order to succesfully apply them to technological devices.In the first four chapter of this thesis, previous studies, crystal structures of these semiconductors and their surfaces, experimental techniques and density functional theory have been explained. In the fifth and sixth chapter, we have presented our structural, electronic and vibrational results for bulk III-N materials and Be-chalcogenides, respectively. The same properties of III-N(110) surfaces are presented and widely discussed in the chapter seven. In the chapter eight, investigations of BeS(110), BeSe(110) and BeTe(110) surfaces have been presented firstly in the literature. In the last chapter, our results have been discussed as well as the possible future works.