The Effect of Energy Band Structure of the Quantum Potential Wells on the Specific Heat Capacity of Electron Gas

Abstract

Bu tez çalışmasında, boyuta göre kuantumlanmış yarıiletken ince filmlerde yüzey potansiyelinin Fermi enerjisine ve ısı sığasına etkisi incelenmiştir. Yüzey potansiyelinin etkisi, iki durum için değerlendirilmiştir (parabolik ve nonparabolik). Parabolik durumda yüzey potansiyelinin sadece Fermi enerjisine etkisi görülmüş, nonparabollik durumda ise hem Fermi enerjisinin hem de ısı sığasının yüzey potansiyelinden etkilendiği görülmüştür. Zayıf dejenere durumda ise Fermi enerjisi ve ısı sığası için yüzey potansiyelinin, elektron yoğunluğunun ve film kalınlığının fonksiyonu olan genel ifadeler bulunmuştur. Bu ifadeler, değişik asimptotlarda (zayıf ve güçlü nonparabolik durumlar) ayrıntılı olarak incelenmiştir. Her iki büyüklüğün (Fermi enerjisi, ısı sığası) yarıiletken film kalınlığına bağlı değişiminde ekstrem noktaların varlığı tespit edilmiştir. Bu noktalara uygun kalınlık değerlerinin, elektron yoğunluğuna ve yüzey potansiyeline bağlı olduğu görülmüştür.Anahtar kelimeler: Fermi enerjisi, Isı sığası, İnce film, Yüzey potansiyeli.

In this thesis the effect of surface potential on Fermi energy and on the specific heat of electron gas has been investigated in semiconductor thin films that are quantized with respect to dimension. The effect of surface potential has been examined for both cases (parabolic and nonparabolic). In parabolic case, the effect of surface potential was seen only on Fermi energy. The effect of surface potential was both seen on Fermi energy as well as on specific heat in nonparabolic case. As for the weak degenerate case, some general formulas that are functions of surface potential, electron density and film thickness were found for Fermi energy and for specific heat capacity. These formulas were examined in case of different asymptotes (weak and strong nonparabolic cases) in details. There were found some extreme points for the dependence of both magnitudes (Fermi energy, specific heat capacity) on the semiconductor film thickness. It was found that the thickness values related to these points have been seen to be functions of electron density and surface potential.Key words: Fermi energy, Specific heat capacity, Surface potential, Thin film.