Katkılama ile polimerlerde elektriksel iletkenliğin araştırılması
Investigation of electrical conductivity in polymers by doping
Yazar: EBRU İDMAN
Danışman: PROF. DR. OSMAN YILDIRIM
İstanbul Arel Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektriksel iletkenlik = Electrical conductivity ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Silisyum temelli yarı iletken devre elemanlarının ve güneş panel sistemlerinin, sıcaklığa dayanıklılık konusunda yetersiz kalması ve çevre kirliliğine yol açması, alternatif polimer yapıların araştırılmasını önemli hale getirmiştir. Bu tez çalışmasında, başlangıçta yalıtkan özellik gösteren pernigranilin molekülünün, hem gaz hem de katı fazda katkılama ile elektriksel iletkenlik özelliklerinin nasıl değiştiği incelenmiştir. Gaz fazında ORCA yazılımı, katı fazda ise Quantum Espresso yazılımı kullanılarak, katkılanmamış ve çeşitli moleküllerle katkılanmış pernigranilin yapılarının bant aralığı (EGAP) hesaplamaları gerçekleştirilmiştir. Gaz fazında yapılan hesaplamalarda, katkılama yapılmamış pernigranilinin bant aralığı 2,459 eV olarak bulunmuştur. NH3 ile katkılama sonrası bant aralığı 2,433 eV'a düşerken, NO ile katkılama sonrasında bant aralığı 0,623 eV'a inmiş ve molekülün yarı iletken özellikleri belirgin şekilde artmıştır. HCl ile yapılan katkılama sonucu ise bant aralığı 1,792 eV'a düşmüştür. Katı fazda yapılan hesaplamalarda ise katkılama yapılmamış pernigranilinin bant aralığı 1,1598 eV olarak belirlenmiştir. NO ile katkılama sonrasında bant aralığı 0,8432 eV'a düşerken, CO ile katkılama sonucu bant aralığı 2,2186 eV'a, NH3 ile katkılama sonucu ise 2,2449 eV'a yükselmiştir. Bu sonuçlar, özellikle NO katkılamasının hem gaz hem de katı fazda pernigranilinin yarı iletken özelliklerini önemli ölçüde artırdığını göstermektedir. Katkılama ile pernigranilinin hem gaz hem de katı fazda yarı iletken hale gelmesi, yeni bir polimer tabanlı yarı iletken teknolojisinin geliştirilmesine olanak sağlamaktadır. Bu bulgular, silisyum temelli yarı iletkenlerin yerine polimer bazlı yarı iletkenlerin kullanılabileceğini ve bu yeni teknolojinin geniş bir uygulama alanı bulabileceğini göstermektedir.

Abstract:
The insufficient thermal resistance of silicon-based semiconductor circuit elements and solar panel systems, along with their contribution to environmental pollution, has highlighted the importance of researching alternative polymer structures. In this thesis, the changes in the electrical conductivity properties of the pernigraniline molecule, which initially exhibits insulating characteristics, were investigated under doping in both gas and solid phases. Band gap (EGAP) calculations for undoped and variously doped structures of pernigraniline were performed using the ORCA software in the gas phase and the Quantum Espresso software in the solid phase. In the gas phase calculations, the band gap of undoped pernigraniline was found to be 2.459 eV. After doping with NH3, the band gap decreased slightly to 2.433 eV, while doping with NO resulted in a significant decrease to 0.623 eV, greatly enhancing the molecule's semiconductor properties. Doping with HCl further reduced the band gap to 1.792 eV. In the solid phase calculations, the band gap of undoped pernigraniline was determined to be 1.1598 eV. After doping with NO, the band gap decreased to 0.8432 eV, whereas doping with CO increased the band gap to 2.2186 eV, and doping with NH3 increased it to 2.2449 eV. These results particularly indicate that NO doping significantly enhances the semiconductor properties of pernigraniline in both gas and solid phases. The transformation of pernigraniline into a semiconductor in both gas and solid phases through doping paves the way for the development of a new polymer-based semiconductor technology. These findings suggest that polymer-based semiconductors could replace silicon-based semiconductors and that this new technology could find widespread applications.