Hibrit PDCTI-C8/p-Si organik-inorganik heteroeklem diyotun fabrikasyonu ve elektriksel karakterizasyonu
Production and electrical characterization of PTCDI-C8/P-Si hybrid organic/inorganic heterojunction diode
Yazar: MURAT ERDAL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ CİHAT ÖZAYDIN
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elektriksel karakterizasyon = Electrical characterization ; Fotovoltaik özellikler = Photovoltaic properties ; Heteroeklem = Heterojunction ; Sol-jel yöntemi = Sol-gel method ; İnce filmler = Thin films

Özet:
PTCDI-C8, yüksek mobilite ve n-tipi yarıiletken özelliklere sahip elektronik ve optoelektronik cihazlar için çok önemli bir organik malzemedir. Organik-inorganik hibrit cihazların yaygın olarak kullanılması, organik moleküllü yarı iletkenlerin farklı optoelektronik cihazlarda kullanılmasını ve elektriksel özelliklerinin ortaya çıkarılmasını önemli hale getirmiştir. Bu çalışmada, PTCDI-C8 yarı iletken organik molekülün ince bir filminin p-tipi silikon üzerinde sol-jel spin kaplama tekniği ile büyütülmesiyle PTCDI-C8/p-Si heteroeklemi oluşturulmuştur. Karşılaştırma için, aynı koşullar altında ara katmanı olmayan p-Si/Al metal-yarı iletken (MS) diyot da üretildi. PTCDI-C8/p-Si/Al heteroeklem ve p-Si/Al MS diyotun elektriksel özellikleri, oda sıcaklığında akım-gerilim (I-V) ve kapasitans-gerilim (C-V) ölçümleri ile araştırıldı. Her iki diyot da iyi doğrultucu özellikler gösterdi. PTCDI-C8/p-Si/Al heteroekleminin idealite faktörü (2.1), bariyer yüksekliği (0.74 eV) ve seri direnci (248 kΩ) I–V karakteristiklerinden elde edildi. PTCDI-C8/p-Si/Al heteroeklem için elde edilen engel yükseklği(BH), geleneksel Al/p-Si Schottky diyotu için elde edilenden daha yüksektir. PTCDI-C8 organik ince film tabakası, Al/p-Si Schottky diyotun etkin bariyer yüksekliğini değiştirerek Al metal ve p-Si arasında fiziksel bir bariyer oluşturdu. Cihazın fotovoltaik parametreleri de 100 mW/cm2 ve AM1.5 aydınlatma koşulunda belirlenmiştir. PTCDI-C8/p-Si/Al heteroekleminin açık devre voltajı (Voc = 320 mV) ve kısa devre akımı (Isc = 1,91 µA) ile bir fotodiyot davranışı sergiler.

Abstract:
PTCDI-C8 is a very important organic material for electronic and optoelectronic devices with high mobility, n-type semiconductor properties. The widespread use of organic-inorganic hybrid devices has made it important to use organic molecule semiconductors in different optoelectronic devices and to reveal their electrical properties. In this work, PTCDI-C8/p-Si heterojunction was formed by growing a thin film of PTCDI-C8 semiconductor organic molecule on p-type silicon by sol-gel spin coating technique. For comparison, p-Si/Al metal-semiconductor (MS) diode without interlayer was also produced under the same conditions. Electrical properties of PTCDI-C8/p-Si/Al heterojunction and p-Si/Al MS diode were investigated by current-voltage (I-V) and capacitance-voltage (C-V) measurements at room temperature. Both junctions showed good rectifying properties. The ideality factor (2.1), barrier height (0.74 eV) and series resistance (248 kΩ) of the PTCDI-C8/p-Si/Al heterojunction were obtained from I–V characteristics. The barrier height obtained for the PTCDI-C8/p-Si/Al heterojunction is higher than that of obtained for the conventional Al/p-Si Schottky diode. PTCDI-C8 organic thin film layer formed a physical barrier between Al metal and p-Si, modifying the effective barrier height of the Al/p-Si Schottky diode. The photovoltaic parameters of the device have been also determined under 100 mW/cm2 and AM1.5 illumination condition. The PTCDI-C8/p-Si/Alg heterojunction exhibits a photodiode behavior with open circuit voltage (Voc = 320 mV) and short circuit current (Isc = 1.91 µA).