THM ve VGF Yöntemleriyle Büyütülen CdZnTeSe Kristal Kusurlarının Elektriksel Özelliklere etkisinin incelenmesi

TÜBİTAK Projesi, 1001 - Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı, 2024 - 2026

Proje Türü: TÜBİTAK Projesi
Destek Programı: 1001 - Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı
Başlama Tarihi: Ağustos 2024
Bitiş Tarihi: Ağustos 2026

Proje Özeti

Yarı iletken malzemeler arasında, CdZnTe tek kristalleri, yüksek etkili atom sayıları, geniş bant aralığı ve yüksek içsel μτ çarpanı nedeniyle gama ışını algılayıcı malzemesi olarak büyük ilgi çekmiştir. CdZnTe kristalli radyasyon detektörleri, ülke güvenliği, radyasyon güvenliği, radyoaktif ve bölünebilir maddelerin hareket kontrolü, gümrük ve kargo terminallerinde patlayıcı ve yasaklı maddelerin tespiti, taşınabilir ve sabit algılama sistemlerinin (nükleer portal monitörleri) oluşturulması, tarama/görüntüleme sistemleri gibi çeşitli uygulamalarda kullanım alanı bulmaktadır.

Ancak kristale özgü büyütme özelliklerinden ötürü üretimde, ürünün savunma sanayi ile ilişkisi nedeni ile de temininde büyük zorluklar mevcuttur. Özellikle son yıllarda Türk firmalarının yüksek kalitede CdZnTe kristali ithal etmesi engellenmektedir. CdZnTe kristalinin Türkiye’de üretilmesi için 2011 yılı başından itibaren ODTÜ Kristal Büyütme ve Radyasyon Algılayıcıları (ODTÜ-KBL) Laboratuvarı’nda çalışmalar yürütülmektedir. ODTÜ-KBL bünyesinde hem savunma sanayinde, hem de sağlık sektöründe kullanılmak üzere ihtiyaca yönelik yüksek kalitede ve istenen boyutta kristal üretiminde önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. TÜBİTAK 1003-Öncelikli Alanlar çağrısı kapsamında proje ekibi tarafından yürütülen “Tıbbi Görüntüleme Uygulamaları İçin Kadmiyum Çinko Tellür (CdZnTe) Algılayıcı Sistemlerinin Geliştirilmesi” başlıklı projede CdZnTe kristali bazlı ilk Gama Prob ve Gama Kamera prototipleri başarı ile üretilmiştir. Gama prob ve gama kamera prototipleri başarıyla üretilmiş olsa da performanslarını arttırabilmek mümkündür ve bunun tek yolu da kristal kalitesini arttırmaktan geçmektedir. Yapılan son çalışmalar, bahsedilen bu kristal yapı kusurlarının üstesinden gelmenin bir yolu olarak, tellür miktarına göre az miktarda selenyum katkı maddesinin dahil edilmesini önermektedir. Ancak şimdiye kadar, dördüncü bileşenin (Se) detektör uygulamaları için kritik olan elektriksel özellikleri, özellikle denge dışı yük taşıyıcıların hareketliliği ve yaşam ömürleri üzerinde bir etkisinin olup olmadığı açıklığa kavuşturulmamıştır.

Önerilen proje kapsamında, dört bileşenli CdZnTeSe kristalleri iki farklı büyütme yöntemi olan Hareketli Isıtıcı Yöntemi (THM) ve Dikey Gradyanlı Isıtıcı Yöntemi (VGF) ile büyütülecektir. Ardından kristallerin yapısal ve elektriksel özellikleri kapsamlı bir şekilde araştırılacak, sağlık ve savunma sanayinde önem arz eden detektörler için kullanıma hazır hale getirilecek ve büyütme yöntemi ile katkılama miktarının algılayıcı performansına etkisi sistematik olarak incelenecektir. CdZnTeSe kristalinde kusurların ve safsızlıkların yük taşıyıcılarla nasıl etkileşime girdiğini ve sonuçta malzemenin elektriksel özelliklerini nasıl etkilediğini anlamak için proje kapsamında literatürde bir ilk olarak Foto Kaynaklı Akım Geçici Spektroskopisi (PICTS), Termoelektrik Emisyon Spektroskopisi (TEES), Geçici Akım Tekniği (TCT) ve Termal olarak uyarılmış akım spektroskopisi (TSC) teknikleri kullanılacaktır. Elektronik özellikleri doğrudan etkilediği bilinen malzeme kusurlarının proje kapsamında yapılacak olan karakterizasyonu ile birlikte algılayıcı performansının optimizasyonun sağlanması hedeflenmektedir. Böylelikle savunma sanayii ve sağlık sektörü uygulamalarındaki radyasyon algılayıcılarında kullanıma yönelik CdZnTeSe kristallerinin ülkemize yerli ve milli olarak kazandırılması amaçlanmıştır.