Nanorot temelli fotodiyotların üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of nanorod-based photodi̇odes
Yazar: SONER HAKBİLEN
Danışman: DOÇ. DR. GÜRCAN YILDIRIM
Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu tezde, farklı molar çözeltilerde (1 ml ve 5 ml) hazırlanan ZnO ince filmlerinin ve tavlama süresine (3 saat, 5 saat ve 7 saat) maruz kalmanın kristalizasyon kalitesi, mikro yapı analizi ve temel elektrik ve elektronik özellikleri üzerindeki etkilerini araştırdık. Bu tezde, farklı molar çözeltilerde (1 ml ve 5 ml) hazırlanan ZnO ince filmlerin ve tavlama süresine (3h, 5h ve 7h) maruz kalmanın kristalizasyon kalitesi, mikroyapı analizi ve temel elektrik ve elektronik özellikleri üzerindeki etkilerini araştırdık. Au / ZnO NR / ZnO (100 nm) / n-GaAs / Au akım gerilimi kullanarak Hetero Bağlantı yapısı velilerine (HJS) metal-yarıiletken yapılar (I-V) özellikleri ölçümleri için ilk defa ileri ve geri bölgelerinde gerçekleştirildi. Tüm testler, 295 K sabit sıcaklıkta (oda sıcaklığı) 3V çalışma voltajı durumunda deneysel olarak yapılmıştır. I–V deneysel eğrilerinin ham verileri, seri direnç (Rs), şönt direnci (Rsh), idealite faktörü (n) ve bariyer yüksekliği (ΦB0) parametreleri dahil olmak üzere bazı temel elektronik niceliklerini termiyonik yardımıyla belirlememizi sağlamıştır. Üretilen HJS cihazlarının sensörler, hafıza elemanları ve doğrultucu cihazlar gibi potansiyel uygulama alanları için ekonomik olarak uygun olup olmadığını kolayca tartışabilmemiz için geliştirilen LabVIEW yazılım programına dayalı emisyon, Cheung ve Cheung'un fonksiyonu ve modifiye Norde'nin fonksiyon yaklaşımları. İlk olarak, farklı çevre koşullarında üretilen ZnO nanoçubukların kristallik kaliteleri, toz X-ışını kırınımı (XRD) yöntemi ile hassas bir şekilde incelenir. 5 molar çözeltiye ve 3 saat ana ısıl işleme tabi tutulan ZnO malzemesinin en iyi kristal kalitesine, kristalleşmeye ve tanelerin yönelimine sahip olduğu bulunmuştur. İkinci olarak, mikroyapı analizleri için gerçekleştirilen taramalı elektron mikroskobu (SEM) çalışmaları, bu çalışmada üretilen tüm malzemelerin, tanelerin belirli oryantasyonu içinde yüksek kristal kalitesi sergilediğini göstermektedir. Benzer şekilde, 5 ml'lik çözelti molaritesinde ve 5 saatlik ısıl işlem süresinde üretilen numune, üretilen nanorotlar için maksimum ortalama katman kalınlığı 1650 nm'ye sahiptir. Elde edilen sonuçlara göre uygulanan ısıl işlemin ZnO nanoçubukların katman kalınlığı üzerinde olumlu bir etkiye yol açtığını doğrulamak normaldir. Üçüncüsü, temel elektrik ve elektronik özelliklerle ilgili deneysel ve teorik bulgular, n, ΦB0, RR'nin temel miktarlarının, molar ve zamana bağlı olarak ZnO kalınlıklarındaki azalma ile çarpıcı biçimde artma eğiliminde olduğunu göstermektedir. Benzer şekilde, Rsh değerlerinin parametresinin, maruz kalma süresindeki artışla önemli ölçüde arttığı kaydedilmiştir. Aslında, molar ve zaman maruziyetinin kombinasyonu sırasıyla x=35.0 ve t=3 saat olduğu için Rsh değeri maksimum noktasına ulaşmıştır. Diğer taraftan Rs parametrelerinin birbirine yakın değerlerde olduğu tespit edilmiştir. Deneysel kanıtlara ve teorik hesaplamalara dayanarak, gelişmiş sensör uygulamalarında kullanılacak ZnO ince film katmanlı HJS malzemeleri için en iyi hazırlama koşullarının 5 molar ve 3 saatlik maruz kalma süresi olduğu iddia edilebilir.

Abstract:
In this thesis, we have investigated the effects of ZnO thin films prepared in different molar solution (1 ml and 5 ml) and annealing time exposure (3h, 5h and 7h) on the crystallization quality, microstructure analysis and basic electric and electronic properties of Au/ZnO NR/ZnO(100 nm)/n-GaAs/Au metal–semiconductor structures from the parents of Hetero Junction Structure (HJS) using the current-voltage (I–V) characteristics measurements performing at the forward and reverse regions for the first time. All the tests have experimentally been conducted in case of 3V operating voltage at the constant temperature of 295 K (room temperature). The raw data of I–V experimental curves have enabled us to determine some fundamental electronics quantitates including the series resistance (Rs), shunt resistance (Rsh), ideality factor (n), and barrier height (ΦB0) parameters with the aid of thermionic emission, Cheung and Cheung's function and modified Norde's function approaches based on the developed LabVIEW software program so that we can easily discuss whether the produced HJS devices are economically proper for the potential application areas such as the sensors, memory elements and rectifying devices or not. Firstly, the crystallinity qualities for the ZnO nanorods produced under different environmental conditions are sensitively examined by means of the powder X-ray diffraction (XRD) method. It is found that the ZnO material exposed to the 5 molar solution and main heat treatment for 3 hours possesses the best crystal quality, crystallization and orientation of the grains. Secondly, the scanning electron microscopy (SEM) studies performed for microstructure analyzes show that all the materials produced in this work exhibit the high crystalline quality within the certain orientation of grains. Similarly, the sample produced at solution molarity of 5 ml and heat treatment time of 5 h has the maximum average layer thickness of 1650 nm for the nanorods produced. According to the results obtained, it is normal to confirm that the applied heat treatment leads to a positive effect on the layer thickness of the ZnO nanorods. Thirdly, the experimental and theoretical findings related to basic electric and electronic features display that the fundamental quantities of n, ΦB0, RR tend to enhance dramatically with the decrement in the ZnO thicknesses founded on molar and time exposure. Similarly, the parameter of Rsh values have been noted to increase significantly with the augmentation in the time exposure. In fact, the Rsh value have reached their maximum point as the combination of molar and time exposure have been x=35.0 and t=3 h, respectively. On the other hand, the Rs parameters have been found to be almost close values to each other. Based on the experimental evidences and theoretical computations, it can be claimed that 5 molar and 3 h exposure time are the best preparation conditions for the ZnO thin film layered HJS materials to be used in the advanced sensor applications.