Fotosensör uygulamaları için güneş ışığına duyarlı kalay oksit aktif tabakalı fototransistörlerin üretimi ve elektronik özelliklerinin araştırılması
Fabrication of sunlight sensitive tin oxide active layer phototransistors for photosensor applications and investigation of their electronic properties
Yazar: SEDA AKTAŞ
Danışman: PROF. DR. MÜJDAT ÇAĞLAR
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, dielektrik tabaka kalınlığının kalay oksit (SnO2) ince film transistörlerin (TFT) elektriksel performansları üzerindeki etkisi incelenmiştir. Dielektrik tabaka olarak, farklı kalınlıklarda SiO2 ve HfO2 kullanılmıştır. Transistörlerin aktif tabakası olarak kullanılan SnO2 sol-jel spin kaplama yöntemiyle büyütülmüştür. Tabakaların yüzey morfolojisini analiz etmek için atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Aktif tabakayı oluşturan kalay ve oksijen elementlerinin oksidasyon durumları, Sn3d ve O1s'in bağlanma enerjileri için X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ile belirlenmiştir. Fabrikasyonu yapılan TFT'lerin mobilite (μ), eşik voltajı (VTh) ve açık kapalı akım oranı (Ion/off) gibi elektriksel performansını gösteren temel parametreleri karanlık ortamda gerçekleştirilen ölçümler sonucunda hesaplanmıştır. Kullanılan dielektrik tabakaların kalınlığı cihazların elektriksel performansında önemli rol oynamıştır. En yüksek elektriksel performans, SiO2 dielektrik tabakalı TFT'ler içerisinde 7,10 cm2/Vs mobilite değeri ile 150 nm kalınlığa sahip SiO2 dielektrik tabakalı TFT'de elde edilmiştir. HfO2 dielektrik tabakalı TFT'lerde ise 26,71 cm2/Vs mobilite değeri ile 29 nm kalınlığa sahip HfO2 dielektrik tabakalı TFT en iyi elektriksel özelliği göstermiştir. Kalınlığa ek olarak dielektrik tabakanın yüzey özellikleri de mobilite değeri üzerinde etkin rol oynamıştır. TFT'lerin farklı aydınlatma şiddetlerinde fotoduyarlılık (Pps), fototepki (Rpr) ve spesifik dedektivite (D*) değerleri hesaplanmış ve tüm TFT'ler fototransistör davranışı sergilemiştir. Elde edilen sonuçlar, SnO2 TFT'lerin fotosensör uygulamalarında etkin bir şekilde kullanılabileceğini göstermektedir.

Abstract:
In this thesis the effect of dielectric layer thickness on the electrical performance of SnO2 thin film transistors (TFTs) was investigated. Different thicknesses of SiO2 and HfO2 were used as dielectric layers. SnO2 used as the active layer of the transistors was deposited using the sol-gel spin coating method. Atomic force microscopy and scanning electron microscopy were used to analyze the surface morphology of the layers. The oxidation states of tin and oxygen elements forming the active layer were determined by X-ray photoelectron spectroscopy for the binding energies of Sn3d and O1s. The basic parameters of the fabricated TFTs, such as mobility, threshold voltage, and on-off current ratio, were calculated as a result of measurements in a dark environment. The thickness of the dielectric layers used played an important role in the electrical performance of the devices. Among the TFTs with SiO2 dielectric layers, the highest electrical performance was obtained in the TFT with a thickness of 150 nm with a mobility value of 7.10 cm2/Vs. In HfO2 dielectric layer TFTs, HfO2 dielectric layer TFT with 29 nm thickness showed the best electrical properties with a mobility value of 26.71 cm2/Vs. In addition to the thickness, the surface properties of the dielectric layer also played an effective role on the mobility value. The photosensitivity, photoresponse and specific detectivity values of the TFTs were calculated at different light intensities and all TFTs exhibited phototransistor behavior. The obtained results indicate that SnO2 TFT can be effectively used in photosensor applications.