Selüloz nanokristal (CNC) arayüzeye sahip metal/yalıtkan/yarıiletken (MIS) yapılı aygıtların karakterizasyonu
Characterization of metal/insulator/semiconductor (MIS) structured devices with nanocellulose crystal (CNC) interface
Yazar: HİCRAN BİLGE
Danışman: PROF. DR. OSMAN PAKMA
Batman Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elektriksel karakterizasyon = Electrical characterization ; Metal-yarı iletken sistemler = Metal-semiconductor systems ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films

Özet:
Bu tez çalışmasında selüloz nanokristal (CNC) yalıtkan malzemesi metal/yarıiletken arayüzeyine uygulayarak Al/CNC/p-Si (MIS) yapısı elde edilmiştir. Öncelikle analiz çalışmaları için ayrılan nanoselülözün; dinamik ışık saçılımı spektrometresi (DLS), zeta potansiyeli, ultraviyole ve görünür ışık (UV-Vis) soğurma spektroskopisi, raman spektrometresi ve taramalı geçirimli elektron mikroskobu (STEM) analizleri yapılmıştır. Daha sonra elde edilen Al/CNC/p-Si (MIS) yapısının oda sıcaklığında ve karanlık altındaki elektriksel karakterizasyonları akım-gerilim (I-V) ve kapasite-gerilim (C-V) ölçümleri ile gerçekleştirilmiştir. I-V sonuçlarından idealite faktörü (n) değeri 1,72 ve sıfır beslem engel yüksekliği (B) değeri de 0,80 eV olarak hesaplanmıştır. Hesaplanan idealite faktörü değerinden büyük çıkması Al/p-Si arasındaki CNC ara yüzey filminin varlığı ve ara yüzey durum dağılımları, ayrıca da p-Si yarıiletken tabakasının nötral bölgesinin seri direncinin yüksek olması ideallikten sapmaya atfedilmiştir. Ayrıca yapının seri direnç (Rs) etkisi de dikkate alınmış; Norde ve Cheung yöntemiyle Rs değeri hesaplanmıştır. Son olarak Al/CNC/p-Si (MIS) yapımızın C-V ölçümlerinden; frekansa bağlı C-V ve iletkenlik-gerilim (G-V) değişimleri incelenmiştir. Tüm sonuçlar literatür ile karşılaştırılarak yorumlanmıştır. Sonuç olarak; selüloz nanokristal (CNC) yalıtkan malzemesi elektronik aygıt uygulamalarında kullanılabilecek yalıtkan malzemelere potansiyeldir.

Abstract:
In this study, Al/CNC/p-Si (MIS) structure was obtained by applaying cellulose nanocrystal (CNC) insulating meterial to the metal/semiconductor interface. First of all, the nanocellulose allocated for analysis studies; dynamic light scattering spectrometry (DLS), zeta potantial, ultraviolet and visible light (UV-Vis) absorption spectroscopy, raman spectrometry and scannig transmission electron microscopy (STEM) analyzes were performed. Then the electrical characterization of the obtained Al/CNC/p-Si (MIS) structure at room temperature and in the dark was carried out by current-voltage (I-V) and capacitance-voltage (C-V) measurements. From the I-V results, the ideality factor (n) was calculated as 1.72 and the  barrier height (B) was calculated as 0,8 eV. The fact that the calculated ideality factor is higher than the required ideality factor is attributed to the deviation from ideality due to the presence of the CNC interface film between Al/p-Si and the interface state distributions, as well as the high series resistance of the neutral region of the p-Si semiconductor layer. In addition, the series resistance (Rs) effect of the structure was also taken into account; Rs was calculated by Norde and Cheung method. Finally, from the (C-V) measurements of Al/CNC/p-Si (MIS) structure; Frequency-dependent (C-V) and conductivity-voltage (G-V) changes were examined. All results were interpretd by comparing them with the literature. In conclusion; Cellulose nanocrystal (CNC) insulator meterial is a potantial insulator meterial that can be usedin electronic device applications.