Organometalik ara katmanlı metal/yarıiletken schottky fotodiyotların elektriksel ve fotoelektriksel karakteristiklerinin deneysel ve optimizasyon teknikleri ile belirlenmesi
Determination of electrical and photoelectrical characteristics of metal/semiconductor schottky photodiodes with organometallic intermediate layer using experimental and optimization techniques
Yazar: FATMA ZEHRA BAYAT
Danışman: PROF. DR. HÜLYA DOĞAN ; DOÇ. DR. MUSTAFA ŞEKER
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tezde Rutenyum(II) metal kompleks p tipi silisyum (Si) üzerine spin kaplayıcı (spin coater) yöntemi ile ara katman olarak biriktirilmiştir. On yedi (17) Al/Ru(II)kompleks/p-Si/Al noktası aynı şartlar altında üretilmiş ve bunların akım- voltaj (I–V) özellikleri oda sıcaklığında hem karanlıkta hem de 100mW/cm2 aydınlatma altında alınmıştır. Tüm diyotların doğrultucu davranış sergilediği görülmüştür. Her noktanın idealite faktörü (n), bariyer yüksekliği (Φb), doğrultma oranı (RR) ve seri direnci (Rs), termiyonik emisyon (TE) teorisi ve modifiye edilmiş Norde fonksiyonuna göre belirlenmiştir. Karanlıkta, n ve Φb değerleri 17 diyot için sırasıyla 1,238- 2,932 ve 0,643-0,874 eV aralığında bulunmuştur. Ayrıca Al/Ru(II)kompleks/p-Si/Al diyotlarından birisinin (R12 kodlu) oda sıcaklığındaki fotovoltaik ve fotodiyot özelliklerine karanlıkta ve 100 mW/cm2 ışık yoğunluğunda
uygulanan farklı ışık şiddetleri altında ve elektriksel karakterizasyon için karanlık ortamda kapasitans-gerilim (C-V) ölçümlerinden Φb, difüzyon potansiyeli (Vd) ve taşıyıcı konsantrasyonu (Na) hesaplanmıştır. R12 kodlu diyotun fotovoltaik parametrelerden açık devre voltajı (Voc), kısa devre akımı (Isc), dolum faktörü (FF) ve deneysel verimlilik (η) hesaplanmıştır ve sırasıyla 339x10-3 V ve 13,1x10-6A, %62,9 ve %0,514 olarak bulunmuştur. Fotodiyot parametrelerinden foto duyarlılık (R) ve
spesifik detektivite (D*) değerleri de hesaplanmış ve bu deneysel bulgulardan, Ru(II) metal kompleks ince film tabanlı yapıların optoelektronik cihazların gelişiminde kullanılabileceği söylenebilir. Ayrıca akım-voltaj (I–V) karakteristikleri kullanılarak diyotların bariyer yüksekliği, idealite faktörü ve seri direnç değerini belirlemede optimizasyon teknikleri yardımı ile parametre tahmini gerçekleştirilmiştir. Parametre tahmininde Genetik Algoritma (GA), Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) ve Guguk Kuşu Algoritması ile Gri Kurt Algoritmasının birlikte kullanıldığı GWO-CS algoritmaları kullanılmıştır. Optimizasyon sonuçları Hibrit olarak kullanılan GWO- CS algoritmasın diyot parametrelerini belirlemede daha iyi performansa sahip olduğunu göstermektedir.

Abstract:
In this thesis, Ruthenium(II) metal complex was deposited as an intermediate layer on p-type silicon (Si) using the spin coater method. Seventeen (17) Al/Ru(II)complex/p- Si/Al dots were produced under the same conditions and their current-voltage (I–V) properties were taken at room temperature, both in the dark and under 100mW/cm2 illumination. All diodes were found to exhibit rectifying behavior. The ideality factor (n), barrier height (Φb), rectification ratio (RR) and series resistance (Rs) of each point were determined according to thermionic emission (TE) theory and modified Norde function. In the dark, n and Φb values were found to be in the range of 1.238-2.932 and 0.643-0.874 eV, respectively, for 17 diodes. In addition, the photovoltaic and photodiode properties of one of the Al/Ru(II) complex/p-Si/Al diodes (coded R12) at room temperature were examined in the dark and under different light intensities applied at a light intensity of 100 mW/cm2. For electrical characterization, Φb, diffusion potential (Vd) and carrier concentration (Na) were calculated from capacitance-voltage (C-V) measurements in the dark environment. Open circuit voltage (Voc), short circuit current (Isc), filling factor (FF) and experimental efficiency (η) of the R12 coded diode were calculated as photovoltaic parameters. These values were found 339x10-3 V anf 13,1x10-6A, % 62,9 and %0,514 respectively. Photosensitivity (R) and specific detectivity (D*) values were also calculated from the photodiode parameters, and from these experimental findings, it can be said that Ru(II) metal complex thin film-based structures can be used in the development of optoelectronic devices. In addition, parameter estimation was carried out with the help of optimization techniques to determine the barrier height, ideality factor and series resistance value of the diodes using current-voltage (I–V) characteristics. Genetic Algorithm (GA), Particle Swarm Optimization (PSO) and GWO-CS algorithms using the Cuckoo Algorithm and Gray Wolf Algorithm were used in parameter estimation. Optimization results show that the hybrid GWO-CS algorithm has better performance in determining diode parameters.