Metal-polimer-yarıiletken (MPY) yapıların hazırlanması, elektriksel ve dielektrik özelliklerinin frekans ve sıcaklığa bağlı incelenmesi
The preparation of metal-polymer-semiconductor (MPS) and investigation of their electrical and dielectric properties based on frequency and temperature
Yazar: GÜLÇİN ERSÖZ DEMİR
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM YÜCEDAĞ
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, CdS-PVA arayüzey tabakalı Al/p-Si Metal-Polimer-Yarıiletken (MPY) yapıların elektrik ve dielektrik parametreleri kapasitans-voltaj (C-V), kondüktans-voltaj (G/ω-V) ve akım-voltaj (I-V) ölçümlerinden yararlanılarak incelenmiştir. CdS-PVA nanoparçacıkları bilyalı öğütme metodu kullanılarak oluşturuldu ve p-Si üzerine sol-jel metodu ile kaplanmıştır. Omik ve doğrultucu kontaklar termal buharlaştırma yöntemiyle oluşturularak Al/(CdS-PVA)/p-Si yapılarının üretim süreci tamamlanmıştır. Al/(CdS-PVA)/p-Si yapıların yapısal özellikleri; Ultraviyole ve görünür ışık (UV-VIS), X-Ray Powder Diffraction (XRD) ve Scanning Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenirken, kompleks dielektrik (ε', ε''), kayıp tanjant (tanδ), ac elektriksel iletkenlik (σac), kompleks elektriksel modülüs (M', M'') gibi dielektrik özellikleri 5 kHz-5 MHz frekans, ±1.0 V voltaj ve 500 kHz'de 230-340 K sıcaklık aralığında analiz edilmiştir. Yüksek frekanslarda ve düşük sıcaklıklarda ε', ε'', tanδ ve σac değerleri neredeyse sabitken,  düşük frekanslar ve yüksek sıcaklıklarda ε', ε'', tanδ ve σac değerleri ac sinyalini kolayca takip edebilen Nss ve arayüzey polarizasyonlarından dolayı artış göstermektedir. M' ve M'' değerlerinin artan frekans ile birlikte artarken, sıcaklığın artışı ile azaldığı görülmektedir. Bu durum, dc gerilim, frekans ve sıcaklığın etkisi ile arayüzey yüklerin yeniden yapılanıp-düzenlenmesine atfedilmiştir. Al/(CdS-PVA)/p-Si yapıların relaksasyon mekanizmasını belirlemek için M' ve M'' parametrelerinin Argand diyagramları sıcaklığın fonksiyonu olarak incelenmiştir. Arayüzey durumlarının yoğunluğu (Nss)'nin voltaj ve frekansa bağlı özellikleri düşük-yüksek frekanslı kapasitans (CLF-CHF) ve Hill-Coleman yöntemleri ile incelenirken, Rs değerleri Nicollian ve Brews yöntemleri ile elde edilmiştir. Nss ve Rs değerleri artan frekans ile azalmıştır ve Rs etkisini ortadan kaldırmak için düzeltilmiş kapasitans (Cc) ve düzeltilmiş iletkenlik (Gc/ω)  grafikleri oluşturulmuştur.

Abstract:
In this thesis study, electrical and dielectric parameters of Al/p-Si Metal-Polymer-Semiconductor (MPS) type structures with CdS-PVA interfacial layer were investigated using the capacitance (C-V), conductance-voltage (G/ω) and current voltage (I-V) measurement data. CdS-PVA nanoparticles were produced using ball milling method and were coated on p-Si by sol-gel method.  The process of production of Al/(CdS-PVA)/p-Si type structures were completed by forming omic and rectifier contacts via thermal evaporation method. Al/(CdS-PVA)/p-Si type structures' structural properties were examined with UV-VİS, X-Ray Powder Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscope (SEM). Dielectric properties such as complex dielectric (ε', ε''), loss tangent (tanδ), ac electrical conductivity (σac), complex electrical modulus (M', M'') were analyzed in temperature range of 230-340 K at 500 kHz, frequency range of 5 kHz-5 MHz, voltage range of ±1.0 V range. The values of ε', ε'', tanδ and of σac are almost stable at high frequencies and low temperatures whereas, at low frequencies and high temperatures, the values of ε', ε'', tanδ and σac show an increase because of interfacial polarizations and surface state (Nss) that follows ac signal easily. M' and M'' values increase with the increasing frequency and are observed to decrease with the increasing temperature.  This situation was attributed to restructuring and reordering of the interfacial charges by the effect of dc voltage, frequency and temperature. For the purpose of determining relaxation mechanisms of Al/(CdS-PVA)/p-Si type structures the Argand diagram that was obtained from M' and M'' graphics was analyzed as a function of temperature. The voltage and frequency dependent profiles of density of Nss were investigated with high-low frequency capacitance (CLF-CHF) and Hill-Coleman methods whereas Rs values were obtained using Nicollian and Brews method.  It was observed that Nss and Rs values decreased with the increasing frequency. Moreover, corrected capacitance (Cc) and corrected conductance (Gc/ω) graphics were drawn to eliminate the effect of Rs.