Vanadyum oksit ince filmlerin optik sensörlerin algılama özelliklerine etkisi
The effect of vanadium oxide thin films on the detection properties of optical sensors
Yazar: ADEM SARAÇ
Danışman: PROF. DR. SELİM ACAR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, VOx arayüzün diyot ve sensör parametreleri üzerine etkisinin araştırılması Au/n-Si ve Au/VOx/n-Si örnekleri üretildi. İnce filmler, magnetron sıçratma sistemi kullanılarak büyütüldü. Cihazın yüzey morfolojisi SEM kullanılarak gözlemlendi ve XRD ve EDS kullanılarak yapısal karakterizasyon araştırıldı. Bu analizler, n-Si yüzeyinde homojen olarak kaplanmış VOx ince film olduğunu gösterdi. Au/VOx/n-Si/Au cihazının akım-gerilim (I-V), kapasitans-gerilim (C-V) ve iletkenlik-gerilim (G/ω-V) karakteristikleri 1 kHz ile 1 MHz frekans aralığında +4V ile -4V besleme voltajları arasında oda sıcaklığında ölçüldü. Deneysel sonuçlar, Au/VOx/n-Si/Au cihazının elektriksel özelliklerinin frekans ve bias gerilimi ile yakın bir ilişkisi olduğunu gösterdi. Cihazın kapasitans değeri VOx etkisi ile 2.5x10-9 F'den 4.5x10-9 F'ye yükseldi ve kapasitans artışı sonucunda dielektrik sabiti 3000'den 5000'e yükseldi. Ayrıca, her iki numune de 300 K-500 K sıcaklık aralığında 1 kHz-1 MHz frekans aralığında C-V ve G-V ölçümleri yapıldı ve aygıt performansının sıcaklığa bağlı olduğu anlaşıldı. Karşılaştırma için oluşturulmuş ve metal oksit yapısı VOx etkisi ile yüksek dielektrik katsayısına sahip bir aygıt olarak başarıyla kullanılabileceği gösterildi. Ayrıca, üretilen aygıtın beyaz ışığa ve 380 nm- 780 nm arasında değişen dalgaboylarındaki ışığa karşı duyarlılıkları ölçüldü. Özellikle 380-480 nm dalga boyu aralığındaVOx ara yüz malzemesinin etkisi ile foto akım (Iph) değeri arttı ve yine ara yüze malzemesinin etkisi ile ışığa karşı olan tepki özellikle de 480 nm dalga boyunda tepe noktasına ulaştı. Bütün sonuçlar ele alındığında, Vanadyum Oksit ara yüz malzemesinin yapının diyot parametrelerine pozitif yönde etki ettiği ve bu yapının iyi bir foto sensör olarak kullanılabileceği anlaşıldı.

Abstract:
In this work, Au/n-Si an Au/VOx/n-Si samples were produced to investigate diode parameters of VOx interface effect. Thin films were deposited using the magnetron sputtering system. Surface morphology of the device was observed using SEM and structural characterization were explored using XRD and EDS. These analyses showed deposited VOx thin film coated on n-Si surface homogenously. The capacitance-voltage (C-V) and conductance-voltage characteristics of Au/VOx/n-Si/Au device were measured in the frequency range of 5 kHz to 1 MHz between +4V and -4V bias voltages at room temperature. The experimental results showed that, the electrical properties of Au/VOx/n-Si/Au device has a close relationship with frequency and the bias voltage. The capacitance value of the device increased from 2.5x10-9 F to 4.5x10-9 F with the effect of VOx and as a result of capacitance increase, the dielectric constant increased from 3000 to 5000. In addition, C-V and G-V measurements were performed between frequency range of 1 kHz-1MHz and temperature range of 300 K- 500 K and seen that, the device performance is related with temperature. For the purpose of comparison, two structures have been created and the metal oxide structure can be used successfully as a device which has a high dielectric coefficient with the effect of VOx. The photocurrent (Iph) value increased with the effect of the VOx interface material, especially in the wavelength range of 380-480 nm, and the response to light, especially with the effect of the interface material, reached its peak, especially at the wavelength of 480 nm. Considering all the results, it is understood that the Vanadium Oxide interface material has a positive effect on the diode parameters of the structure and this structure can be used as a photo sensor.