Silisyum altlık üzerine Mo/S/Y katkılı rGO-ZnO esaslı kaplamaların üretimi ve fotokatalitik özelliklerinin incelenmesi
The fabrication and investigation of the photocatalytic properties of rGO-ZnO based coatings with Mo/S/Y doped on silicon wafer
Yazar: MİNE İBRAHİMOĞLU
Danışman: PROF. DR. FATİH ÇALIŞKAN ; DOÇ. DR. AHMET DEMİR
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu tez çalışması, ZnO/p-Si heteroeklemlerde elektriksel performansın ve dielektrik özelliklerin farklı katkılarla geliştirilmesini hedeflemektedir. Bu amaçla ZnO içerisine farklı oranlarda rGO katkılanmış ikili katkı modelleri ile rGO-ZnO ince filmlere farklı oranlarda Mo/S/Y katkılanmış üçlü katkı modelleri çalışılmıştır.
Tez çalışması kapsamında, kullanılan ZnO tozları biyolojik yöntemle sentezlenmiştir. Sentezlenen tozlar, kimyasal yönteme oranla daha saf ve ince taneli olması nedeniyle homojen ve yüksek kalitede kaplamalar elde edilmiştir. Bu nedenle diyotların elektriksel performansı olumlu etkilenmiştir. Katkı malzemesi olarak kullanılan rGO ise Hummers yöntemiyle sentezlenmiştir. Sentezlenen rGO tozu %1-7 oranında ZnO içerisine katkılanarak elektriksel performanları test edilmiştir. En iyi fotodiyot performansı sergileyen ZG7 numunesi olup Mo/S/Y ile katkılanarak üçlü katkı sistemleri oluşturulmuştur. Kaplama yöntemi olarak elektro sprey metodu ve döndürme kaplama yöntemi olmak üzere iki farklı yöntem uygulanmıştır. Tüm hetero yapıların elektriksel performansını ölçmek için Al omik ve doğrultucu nokta kontaklar (150 nm), PVD yöntemiyle kaplanarak üretim süreci tamamlanmıştır. 
Kaplamaların kimyasal içerikleri XRD ve Raman analizleriyle, morfolojisi ve elementel dağılımı FESEM-EDS analizleriyle, kaplama kalınlığı ise AFM topografya analiziyle belirlenmiştir. Elektriksel performansı belirlemek içn akım-voltaj (I-V) analizi kullanmış, karanlıkta ve farklı UV (365 nm) ışık yoğunluklarında (50-250 mW/cm2) ölçümler gerçekleştirilmiştir. Elektriksel ölçüm sonuçlarının değerlendirilmesinde idealite faktörü (n), bariyer yüksekliği (b), seri ve şönt dirençleri (Rs, Rsh), doğrultma oranı (RR), arayüzey durum yoğunluğu (Nss) gibi temel elektriksel parametrelere bakılmıştır. Dielektrik özelliklerinin belirlenmesinde ise voltaja (±4 V) ve frekansa (100 Hz-1 MHz) bağlı olarak kapasitans (C), kondüktans (G), dielektrik geçirgenliğin reel ve imajiner kısımları (, ), elektrik modülüsün reel ve imajiner kısımları (M, M) ve kayıp faktörü (tan) değerleri dielektrik spektroskopisi (DS) yöntemiyle incelenmiştir. Tüm analiz ve ölçümlerde, en iyi performansı gösteren kaplamalar için kaplama hızı (750-1500 dev./dk. arası 250 dev./dk. aralıklarla) ve sıcaklık (400-500 oC arası 25 oC aralıklarla) etkileri de incelenmiştir. En yüksek fotoduyarlılık 400 oC'de 1000 devir/dk'da hazırlanan ZG7/5Mo fotodiyot numunesinden elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Elektrik/dielektrik özellikler, fotoduyarlılık, ZnO, Mo/S/Y, rGO, MOS yapılar

Abstract:
This thesis aims to improve the electrical performance and dielectric properties of ZnO/p-Si heterojunctions with different dopants. The co-doping (binary) models with rGO doped at different ratios into ZnO and triple-doped (ternary) models with different ratios of Mo/S/Y doped on rGO-ZnO thin films were studied for this purpose. Within the scope of the thesis, the ZnO powders were synthesized by biological method (green synthesis). The homogeneous and high quality coatings were obtained with green synthesized powders due to the green synthesized powders have higher purity and finer grain size than the chemical one. Therefore, the electrical performance of the diodes has been positively affected. The rGO, which is used as an doping material, was synthesized by the Hummers method. The electrical performances were analyzed by doping 1-7% weight ratio of the rGO powders into ZnO. Then, the triple-doping systems are formed by doping with Mo/S/Y into 7% rGO doped ZnO thin films (coded as ZG7) which exhibited the best photodiode performance., Two different methods that known as electrospray and spin coating method were applied for coating process. In order to measure the electrical performance of all structures, Al-ohmic and rectifier (dot) contacts (150 nm) were coated with the PVD and the fabrication process was completed. The chemical contents of the thin films were determined by XRD and Raman analysis, the morphology and elemental distribution were evaluated by FESEM-EDS analysis, and the coating thickness was measured by AFM topography analysis. The current-voltage (I-V) analysis was used to explain the electrical performance in dark and at different UV (365 nm) light intensities (50-250 mW/cm2). The basic electrical parameters such as ideality factor (n), barrier height (b), series and shunt resistances (Rs, Rsh), rectification ratio (RR), interfacial state density (Nss) were considered in the evaluation of electrical measurement results. In determining the dielectric properties, the voltage (±4 V) and the frequency (100 Hz-1 MHz) depended profiles of the dielectric parameters such as capacitance (C), conductance (G), reel and imaginary parts of dielectric permittivity (, ) reel and imaginary parts of the electric module parts (M, M) and loss factor (tan) values were investigated by dielectric spectroscopy (DS) method. All analyzes were also performed for different coating speeds (between 750-1500 rpm at 250 rpm steps) and temperatures (at 25 °C steps between 400-500 °C) to understand the effect of the other important parameters that play key role on the properties. The highest photosensitivity was obtained from the ZG7/5Mo photodiode that prepared at 400 oC and1000 rpm.

Keywords: Electrical/dielectric properties, photosensitivity, ZnO, Mo/S/Y, rGO, MOS structures