Au/(CeO2:ZnO:PVP)/n-Si schottky yapıların ışığa bağlı elektriksel özelliklerinin incelenmesi
Investigation of light dependent electrical properties of Au/(CeO2:ZnO:PVP)/n-Si schottky structures
Yazar: ORAY ÜSTÜN
Danışman: PROF. DR. YASHAR AZIZIAN-KALANDARAGH
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fotonik Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elektriksel karakterizasyon = Electrical characterization ; Elektrooptik aletler = Electo-optic devices ; FTIR = FTIR ; Fotodedektörler = Photodetectors ; Fotosensörler = Photosensors ; Metal-organik çerçeveler = Metal-organic frameworks ; Polivinilpirollidon = Polyvinylpyrrollidone ; Schottky diyodları = Schottky diodes ; Spektroskopik analiz = Spectroscopic analysis ; X ışını kırınımı yöntemi = X ray diffraction method

Özet:
Bu tez çalışmasının ana amacı metal-yarıiletken (MS) yapıdaki Au/n-Si ve metal-polimer-yarıiletken (MPS) yapıdaki Au/(ZnO:CeO2:PVP)/n-Si  Schottky bariyer diyotlarını (SBDs)  aynı koşullar altında aynı n-Si alttaş üzerinde üreterek, (ZnO:CeO2:PVP) organik arayüzey katmanının MS yapılı SBD'nin elektriksel ve optik performansını arttırıp arttırmadığını incelemektir. Bu amaçla CeO2 ve ZnO nanoyapıları ultrasonik destekli yöntem (UAM) kullanılarak sentezlendi ve ardından X-ışını kırınımı (XRD), ultraviyole görünür (UV-Vis) spektroskopisi ve Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR) spektroskopisi kullanılarak analiz edildi. XRD analizinden elde edilen veriler ile  Debye-Scherrer yöntemi kullanılarak CeO2 ve ZnO nanoyapıları için ortalama mikron altı parçacık boyutları belirlendi. XRD analizinden elde edilen veriler ile kristalit boyutlarını tahmin etmek ve kristal kafesler içindeki mikro gerinimlerin değerlerini tespit etmek için Williamson-Hall (WH) yöntemi kullanılmıştır. CeO2 ve ZnO nanoyapıları için optik bant aralığı değerleri Tauc grafiği yöntemi kullanılarak hesaplandı. Daha sonra, üretilen SBD'lerin elektriksel özellikleri, ±5V'luk geniş bir voltaj aralığında, oda sıcaklığında hem karanlıkta hem de 100 mW/cm2 ışık şiddeti altında gerçekleştirilen I-V ve C-V ölçümleriyle incelendi. Üretilen bu schottky bariyer diyotlarının iletim mekanizmaları (CM), I-V karakteristikleri aracılığıyla hem termiyonik emisyon (TE) hem de Cheung yöntemleri kullanılarak  araştırıldı. Arayüzey durumlarının (Nss) enerjiye bağlı (Ec-Ess) dağılım profili, Card ve Rhoderick yöntemi kullanılarak elde edildi. Tüm bu deneysel bulgular, MPS tipi SBD'nin MS tipi SBD'ye kıyasla üstün performans sergilediğini, daha düşük ideallik faktörü (n), kaçak akım (Io), arayüzey durumları (Nss) ve daha yüksek doğrultma oranı (RR), bariyer yüksekliği (ΦBo) ve ışığa duyarlılık (S) değerleri göstermektedir. Sonuç olarak, daha yüksek ışığa duyarlılık değeri, MPS tipi Au/(ZnO:CeO2:PVP)/n-Si schottky diyotun, güneş pili ve fotodetektör uygulamalarında kullanım için geleneksel MS tipi schottky diyotun etkili bir şekilde yerini alabileceğini göstermektedir.

Abstract:
The primary objective of this current thesis is to fabricate metal-semiconductor (MS)  type Au/n-Si and metal-polymer-semiconductor (MPS) type Au/(ZnO:CeO2:PVP)/n-Si  Schottky barrier diodes (SBDs) on the same n-Si wafer under identical conditions to assess whether the (ZnO:CeO2:PVP) organic interlayer enhances the performance of the MS SBD. For this purpose, CeO2 and ZnO nanostructures were synthesized using ultrasonic-assisted method (UAM) and subsequently analyzed utilizing X-ray diffraction (XRD), ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy and Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy. The average submicron crystallite sizes were determined for CeO2 and ZnO nanostructures employing the Debye-Scherrer method. The Williamson-Hall (WH) method was employed in XRD analysis to estimate crystallite sizes and assess micro-strains within crystal lattices. The optical bandgap for CeO2 and ZnO nanostructures was computed using the Tauc plot method. Subsequently, the electrical properties of the fabricated SBDs were investigated through I-V and C-V measurements conducted over a wide voltage range of ±5V, both in darkness and under 100 mW/cm2 illumination intensity at room temperature. The conduction mechanisms (CMs) of these schottky barrier diodes were explored through I-V characteristics, employing both thermionic emission (TE) and Cheung's methods. The energy-dependent profile of surface states (Nss) was derived using the Card-Rhoderick method. All these experimental findings suggest that the MPS type SBD exhibited superior performance compared to the MS type SBD, showing lower values of ideality factor (n), leakage current (Io), surface states (Nss), and higher values of rectification rate (RR), barrier height (ΦBo) and photosensitivity (S). In conclusion, the higher photosensitivity value suggests that the MPS type Au/(ZnO:CeO2:PVP)/n-Si schottky diode can effectively replace conventional MS type schottky diode for use in solar cell and photodetector applications.