Arayüzey tabakası olarak Au/n-InP doğrultucu ekleme yerleştirilen kovalent türevlendirilmiş indirgenmiş grafen oksit ince tabakaların engel parametreleri üzerindeki etkilerinin numune sıcaklığına bağlı olarak incelenmesi
Examination based on sample temperature of the effects on barrier parameters of covalent derivatized reduced graphene oxide thin layers placed to Au/n-InP rectifier junction as interfacial layer
Yazar: BİLGE SALTUKLU AĞ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SAĞLAM
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Amaç: Grafen oksidi (GO) kimyasal olarak indirgeme yöntemi, büyük ölçekte grafen üretmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Grafen oksit, oksijenin kimyasal oksidasyon yoluyla grafene verildiği grafenin oksit formudur. Buna ilave olarak, termal veya kimyasal işlemlerle grafen oksit, büyük ölçekte indirgenmiş grafen oksite (RGO) dönüştürülmektedir ve bu nanokompozit malzemeler sensörler, diyotlar ve transistörler gibi yarıiletken devre elemanlarında birçok uygulamada kullanılmaktadır. Bu çalışmada, daha önce yapılanlardan farklı olarak, anilin ve metil gibi gruplarla kovalent türevlendirilmiş RGO nanokompozit malzemeler Au/n-InP eklemlerde arayüzey tabakası olarak kullanılmış ve sonuçlar numune sıcaklığına bağlı olarak rapor edilmiştir.
Yöntem: RGO ve anilin ve metil ile kovalent türevlendirilmiş RGO nanokompozit malzemeler solvotermal redüksiyon metodu yöntemiyle sentezlendikten sonra dakikada 1000 devir (rpm) ve 1 dakikalık biriktirme koşulları altında döndürerek kaplama yoluyla ince film olarak n-InP yarıiletkeninin yüzeyi üzerine kaplanmıştır. RGO, RGO/Aryl ve RGO/Aryl-CH3 ürünlerinin kovalent fonksiyonalizasyonu X-ışını kırınım (XRD) spektroskopisi, Raman spektroskopisi ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) yöntemleri ile incelendikten sonra, üretilen Au/RGO/n-InP/Au-Ge, Au/RGO-Aryl/n-InP/Au-Ge ve Au/RGO-Aryl-CH3/n-InP/Au-Ge yapıların engel parametreleri sıcaklığa bağlı olarak alınan akım-voltaj (I-V) ölçümlerinden Rhoderick, Cibils, Norde ve Cheung metotlarıyla belirlenerek, bu arayüzey tabakalarının engel parametreleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır.
Bulgular: Au/RGO/n-InP/Au-Ge, Au/RGO-Aryl/n-InP/Au-Ge ve Au/RGO-Aryl-CH3/n-InP/Au-Ge yapıların I-V karakteristikleri iyi derecede doğrultma karakteri göstermiştir. Üç numune için de idealite faktörü (n) değerlerinin birden büyük olması, eklemlerin ideal olmadığını göstermiştir. Numune sıcaklığına bağlı olarak farklı metotlarla belirlenen n ve engel yüksekliği (Φb) değerlerinin sıcaklığa kuvvetle bağlı olduğu, artan n değerlerine karşılık Φb değerlerinin azaldığı gözlenmiştir. Farklı metotlarla hesaplanan seri direnç (Rs) ve arayüzey hal yoğunluğu (Nss) değerlerinin birbirleriyle uyumlu olduğu belirlenmiştir.
Sonuç: Solvotermal redüksiyon yöntemiyle sentezlenen RGO ve kovalent türevlendirilmiş RGO nanokompozit malzemelerin arayüzey tabakası olarak kullanıldığı Au/n-InP eklemlerin engel parametrelerinin numune sıcaklığına bağlı olarak göstermiş oldukları kararlı değişimler, bu malzemelerin alternatif devre elemanı üretiminde kullanılabilecekleri potansiyelini ortaya çıkarmaktadır.

Abstract:
Objective: Chemical reduction of graphene oxide (GO) is widely used to produce graphene on a large scale. Graphene oxide is the oxide form of graphene in which oxygen is introduced into graphene by chemical oxidation. In addition, graphene oxide is converted to reduced graphene oxide (RGO) on a large scale by thermal or chemical processes. These nanocomposite materials are used in many semiconductor devices such as sensors, diodes and transistors. In this study, unlike the previous ones, RGO nanocomposite materials covalently derivatized with groups such as aniline and methyl are used as interfacial layers in Au/n-InP junctions and the results are reported as a function of temperature.
Method: RGO and RGO nanocomposite materials covalently derivatized with aniline and methyl were synthesized by solvothermal reduction method. Subsequently, the obtained solution was grown as thin films by spin coating on n-InP substrate at 1000 rpm/min rotation speed for 1 min. The covalent functionalization of RGO, RGO/Aryl and RGO/Aryl-CH3 samples was investigated by X-ray diffraction (XRD) spectroscopy, Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The barrier parameters of the fabricated Au/RGO/n-InP/Au-Ge, Au/RGO-Aryl/n-InP/Au-Ge and Au/RGO-Aryl-CH3/n-InP/Au-Ge devices were determined by Rhoderick, Cibils, Norde and Cheung approaches by considering the temperature dependent current-voltage (I-V) measurements. Thus, the effects of these interfacial layers on the barrier parameters were investigated as a function of temperature.
Findings: The I-V characteristics of Au/RGO/n-InP/Au-Ge, Au/RGO-Aryl/n-InP/Au-Ge and Au/RGO-Aryl-CH3/n-InP/Au-Ge devices showed good rectification characteristics. The ideality factor (n) values for all three samples were greater than one, indicating that the devices were not ideal. It was observed that the n and barrier height (Φb) values determined by different methods depending on the sample temperature are strongly dependent on the temperature, and the Φb values decrease with increasing n values. Series resistance (Rs) and interfacial density of states (Nss) values calculated by different methods were found to be compatible with each other.
Results: The stable temperature-dependent variation of the barrier parameters of Au/n-InP junctions in which RGO and covalently derivatized RGO nanocomposite materials synthesised by solvothermal reduction are used as the interfacial layer reveals the potential of these materials for the production of alternative devices.