Au/Carmine/n-Si/Ag diyodunun fotovoltaik ve fotodiyot özellikleri
The photovoltaic and photodiode properties Of Au/Carmine/N-Si/Ag diode
Yazar: MUHAMMED CANHAKAN BODUR
Danışman: PROF. DR. SONGÜL DUMAN
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fotonik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, spin kaplayıcı (spin coater) kullanılarak cam ve n-Si alttaşlar üzerine Carmine ince filmi kaplanmıştır. Kaplanan Carmine filmlerin taramalı elektron mikroskop (SEM) ve absorbans analizleri gerçekleştirilmiştir. Referans Au/n-Si/Ag diyodu ile 24 adet üst kontak noktasına sahip Au/Carmine/n-Si/Ag yapısı aynı şartlarda üretilmiş ve hem karanlık hem de gün ışığı altında akım-gerilim (I-V) karakteristikleri ölçülmüştür. Her bir diyodun idealite faktörü (n), engel yüksekliği (Φ𝑏), doğrultma oranı (RR) ve seri direnci (Rs) termoiyonik emisyon (TE) teorisine ve modifiye edilmiş Norde fonksiyonlarına göre belirlenmiştir. Karanlıkta, idealite faktörü ve engel yüksekliği değerleri 24 diyot için sırasıyla 1,52-2,72 ve 0,76-0,85 eV aralığında bulunmuştur. Ayrıca, 11 diyot için karanlıkta 104 mertebesinde akım doğrultma oranı elde edilmiştir. Au/Carmine/n-Si/Ag diyotlarından birinin (D18 kodlu) oda sıcaklığındaki fotovoltaik ve fotodiyot özellikleri 30-100 mW/cm2 arasında uygulanan farklı   ışık şiddetleri altında ve kapasitans-gerilim (C–V) karakteristikleri sadece karanlıkta incelenmiştir. D18 diyodu tipik fotodiyot davranışı sergilemiş olup, 30 mW/cm2 ışık şiddeti altında dolum faktörü (FF) %36,2 ve deneysel verimliliği (ŋ) %2,45 olarak hesaplanmıştır. On/off akım oranı da (Ion/Ioff) 7,45x103 gibi yüksek bir değer olarak bulunmuştur. Au/Carmine/n-Si/Ag fotodiyodunun 12 adet on/off çevrimi sonrası maksimum akım değerinin değişmediği ve kararlı (stabil) olduğu görüşmüştür. Bu deneysel bulgulara göre, yüksek performanslı Au/Carmine/n-Si/Ag diyodunun iyi bir fotodiyot davranışı sergilediği ve Carmine ince film tabanlı fotodiyotların modern optoelektronik cihazların geliştirilmesinde kullanılabileceği söylenebilir.

Abstract:
In this study, carmine thin films were deposited on glass slides and n-Si substrates using a spin coater. The deposited carmine film on glass was analyzed using SEM and absorbance measurements. Both in the dark and under daylight, the current-voltage (I-V) characteristics of the reference Au/n-Si/Ag diode and 24 Au/Carmine/n-Si/Ag dots (upper contact points) were measured at room temperature. All diodes exhibited rectifying behavior. The ideality factor (n), barrier height (Φ_b), rectification ratio (RR), and series resistance (Rs) of each dot were determined using the thermionic emission (TE) theory and modified Norde's functions. The n and Φ_b values of the 24 dots were found in the range of 1.52-2.72 and 0.76-0.85 eV in the dark, respectively.  Furthermore, a high current rectification ratio of 104 was achieved for the 11 dots in the dark. The photovoltaic and photodiode properties of one (D18 coded) of the Au/Carmine/n-Si/Ag dots under the different light intensities varied from 30 to 100 mW/cm2 at room temperature, and its capacitance-voltage (C–V) characteristics were investigated only in the dark. D18 exhibited typical photodiode behavior with a fill factor (FF) value of 36.2% and an experimental efficiency (ŋ) of 2.45% under 30 mW/cm2 light intensity. It also has a high on/off current (Ion/Ioff) ratio of 7.45x103. The Au/Carmine/n-Si/Ag photodiode demonstrated good stability for 12 on/off cycles without significant changes in its maximum current value. Based on these experimental findings, the high-performance Au/Carmine/n-Si/Ag diode exhibits excellent photodiode behavior, suggesting the potential of carmine thin films for future optoelectronic devices.