Au/(nanografit-PVP)/n-Si (MPS) yapıların hazırlanması ve elektrik ile dielektrik özelliklerinin geniş bir frekans ve voltaj aralığında incelenmesi
The fabrication of Au/(nanographite-PVP)/n-Si (MPS) structures and investigation of their electrical and dielectrical properties in a wide range of frequency and voltage
Yazar: AHMET MUHAMMED AKBAŞ
Danışman: PROF. DR. ŞEMSETTİN ALTINDAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında döndürme yöntemi ile üretilen nanografit (NG) katkılı polivinilpirolidon (PVP)/n-Si yapısının geniş bir frekans (1kHz-5MHz) ve voltaj (±3V) aralığında, oda sıcaklığında C-V-ƒ ve G/ω-V-ƒ karakteristiği sunulmuştur. Bu sayede temel difüzyon potansiyeli (VD), katkılanmış verici yoğunluğ (ND), Fermi enerji düzeyi (EF), maksimum elektrik alan (Em), tükenme katman kalınlığı (Wd) ve bariyer yüksekliği (ΦB) her bir frekans için çizdirilen C-2-V-ƒ grafiklerinin eksen kesim noktası ve eğiminden türetilmiştir. Ayrıca ara yüzey durumlarının (Nss) enerji yoğunluk dağılımı ve bunların durulma zamanı (τ) değerleri iletkenlik yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Elde edilen düşük Nss değerleri kullanılan NG-PVP polimer ara katmanın pasifleştirici etkisinden kaynaklandığı sonucuna varılmıştır. Dielektrik özellikleri bakımından da incelemeye tabi tutulan Au/NG-PVP/n-Si MPS yapısında polimer ara katmanın kullanımının ara yüzey durumlarına (Nss), seri dirence (Rs), karmaşık dielektrik sabitinin (ε*) gerçel ve sanal bileşenlerindeki kutuplanmaya, kayıp tanjanta (tanδ), elektriksel iletkenliğe (σ) ve karmaşık elektrik modülüne (M*) etkileri aynı frekans aralığında -1 ila +2 V aralığında incelenmiş ve karakteristikleri belirlenmiştir. Ayrıca Rs ve karmaşık empedansın (Z*) frekansa bağlı profili dielektrik sabitinin gerçel ve sanal bileşenleri kullanılarak türetilmiştir. Elektrik modülünün sanal bileşeninde ve tanδ'da görülen pik davranışının durulma zamanı, ara katman ile n-Si ara yüzeyinde yerleşmiş Nss'in uzaysal dağılımından ve ara yüzey/dipol kutuplanmasından kaynaklı olduğu sonucuna varılmıştır. Ara yüzey durum yoğunluğunu azalması, yüzey kusurlarını gidermesi ve yüksek dielektrik değeri (6,5) sayesinde NG-PVP yaygınca kullanılan oksit/yalıtkan katmanların yerini alabilecek uygun bir aday olmuştur.

Abstract:
In this thesis study, the frequency response on profile of C-V-ƒ and G/ω-V-ƒ characteristics of spin-coated nanographite (NG)-doped polyvinylpyrrolidone (PVP)/n-Si structures in a wide frequency (1kHz-5MHz) and voltage (±3V) ranges at room temperature. Hereby, the basic parameters of the structure such as diffusion potential (VD), doping donor density (ND), Fermi energy level (EF), maximum electric field (Em), depletion layer thickness (Wd), and barrier height (ΦB) are derived by using the intercept and slope of C-2-V-ƒ plot for each frequency. Additionally, the energy density distribution of surface states (Nss) and their relaxation time values (τ) are also obtained from the conduction method. The lower Nss values are the consequence of passivation effect of the used nanographite (NG)-PVP polymer interlayer. In the Au/NG-PVP/n-Si MPS structures, which are examined in scope of dielectrical properties, the consequences of applying (NG-PVP) interlayer on surface states (Nss), series resistance (Rs), and polarization effects on the real and imaginary parts of the complex dielectric constant (ε*), loss-tangent tanδ, electrical-conductivity (σ), and complex electric-modulus (M*) have been investigated in -1V and +2V voltages and in the same frequency voltage. Additionally, the frequency-dependent profile of both Rs and complex-impedance (Z*) were extracted by using the ε' and ε″ values. The observed peak characteristics in M″ and tanδ versus V and frequency plots was attributed to relaxation-time and spatial distribution of Nss located at interlayer/n-Si interface, interfacial/dipole polarization. Owing to lowering Nss, surface dislocations and having high dielectric value (6,5), NG-PVP becomes a very proper candidate instead of commonly used oxide/insulator layers for this purpose.