Grafen-moleküler organik yarıiletken fotodiyotların optoelektronik özelliklerinin araştırılması
Investigation of optoelectronic properties of graphene-molecular organic semiconductor photodiodes
Yazar: NİYAZİ BERK
Danışman: PROF. DR. ŞÜKRÜ KARATAŞ
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Fotodiyot = Photodiode ; Fotoiletkenlik = Photoconductivity ; Grafen oksit = Graphene oxide ; Yarı iletkenler = Semiconductors

Özet:
Bu çalışmada, üç farklı diyot üretildi. Bu diyotlarda arayüzey malzemesi olarak grafenoksit (GO) ve perilen-3,4,9,10-tetrakarboksilik dianhidrit (PTCDA  kullanıldı. GO ve PTCDA toz halindeki malzemelerin, morfolojisini karakterize etmek için XRD, FT-IR ve SEM yapısal analizleri yapıldı. GO ve PTCDA çözeltileri, vakumlu spin kaplama yöntemi ile hazırlanmış olan omik kontak p-Si/Al yapısı üzerine yüzey genişletme işlemiyle kaplama yapıldı. Bu işlemler sonucunda Al/GO/p-Si/Al,  Al/PTCDA/p-Si/Al ve GO ile PTCDA çözeltileri aynı oranda (1:1) karıştırılarak Al/GO-PTCDA/p-Si/Al diyotları üretildi.
Üretilen bu üç  diyotun elektriksel parametrelerini hesaplamak için diyotun akım-gerilim (I-V) karakteristik ölçümleri yapıldı. Diyotlar oda sıcaklığında (300 K), ±3 V aralığında karanlıkta, oda şartlarında ve 20-40-60-80-100 mW/cm2 değişen ışık şiddetleri altında, Termiyonik Emisyon (TE) teorisi yöntemi ile karakterize edildi. Al/GO/p-Si/Al,  Al/PTCDA/p-Si/Al ve Al/GO-PTCDA/p-Si/Al diyotların    akım-gerilim (I-V) ölçümleri sonucunda elde edilen değerler kullanılarak grafikler çizildi. Üretilen diyotların ışık şiddeti altında elektriksel, fotodiyot, fotovoltaik, fotoiletkenlik ve optoelektronik özelliklerini karakterize etmek için; idealite faktörü (n), bariyer yüksekliği (Фb), doğrultma oranı (Rr), doyma akımı (I0), kısa devre akımı (Isc), açık devre gerilimi (Voc), kısa devre akım yoğunluğu (Jsc), maksimum akım (Imax), maksimum gerilim (Vmax), maksimum güç (Pmax), dolgu faktörü (FF), güneş pili verimi (η), fotoakım (Iph), fotoduyarlılık (RR) ve fototepki (R) parametreleri hesaplandı.
Sonuç olarak üretilen fotodiyotlar elektronik endüstrisinde ve elektronik devre elemanlarının fotodiyot olarak foto-algılama cihazlarında kullanılabileceğini göstermektedir.

Abstract:
In this study, three different diodes were fabricated. Graphenoxide (GO) and perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride (PTCDA) were used as interface materials in these diodes. XRD, FT-IR and SEM structural analyzes were performed to characterize the morphology of GO and PTCDA powdered materials. GO and PTCDA solutions were coated by surface expansion process on the ohmic contact p-Si/Al structure prepared by vacuum spin coating method. As a result of these processes, Al/GO-PTCDA/p-Si/Al diodes were produced by mixing Al/GO/p-Si/Al, Al/PTCDA/p-Si/Al and GO and PTCDA solutions in the same ratio (1:1).
In order to calculate the electrical parameters of these three diodes, current-voltage (I-V) characteristic measurements of the diode were made. The diodes were characterized by the Thermionic Emission (TE) theory method at room temperature (300 K), in the dark in the range of ±3 V, at room conditions and under varying light intensities of 20-40-60-80-100 mW/cm2. Graphs were drawn using the values obtained as a result of current-voltage (I-V) measurements of Al/GO/p-Si/Al, Al/PTCDA/p-Si/Al and Al/GO-PTCDA/p-Si/Al diodes. To characterize the electrical, photodiode, photovoltaic, photoconductivity and optoelectronic properties of the produced diodes under light intensity; ideality factor (n), barrier height (Фb), rectification ratio (Rr), saturation current (I0), short-circuit current (Isc), open-circuit voltage (Voc), short-circuit current density (Jsc), maximum current (Imax) ), maximum voltage (Vmax), maximum power (Pmax), fill factor (FF), solar cell efficiency (η), photocurrent (Iph), photosensitivity (RR) and photoresponse (R) parameters were calculated. 
As a result, the produced photodiodes show that they can be used in the electronics industry and electronic circuit elements can be used as photodiodes in photo-sensing devices.