Metal (Au, Ni, Cr)/GO-Fe3O4 (NP)/ n-Si /Al heteroyapıların üretimi ve elektriksel özelliklerinin sıcaklığa bağlı olarak incelenmesi
Fabrication and investigation of electrical properties of Metal/GO-Fe3O4(NP)/n-Si/Al heterojunctions dependent on temperature
Yazar: İLKNUR GÜMÜŞ
Danışman: PROF. DR. ŞAKİR AYDOĞAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Heteroeklem = Heterojunction ; Metal nanopartiküller = Metal nanoparticles ; Nano parçacık = Nano particles ; Yarı iletkenler = Semiconductors

Özet:
Amaç: Bu çalışmada farklı metaller (Au, Ni, Cr) kullanılarak üretilen Metal/GO-Fe3O4 Nanoparçacık (NP)/n-Si/Al heteroyapıların üretimi ve sıcaklığın bu aygıtların karakteristikleri üzerine etkileri detaylı olarak incelenmiştir. 
Yöntem: GO-Fe3O4 nanoparçacıkların yapısal ve morfolojik özellikleri XRD, TEM, SEM ve FTIR kullanılarak karakterize edildi. Nanoparçacıklar kullanılarak üretilen aygıtların metal/n-Si Schottky diyoduna göre daha iyi performans sergilediği görüldü. Ayrıca heteroeklemlerden Cr ile üretilen aygıtın daha iyi performans gösterdiği görüldü. Her üç metalle üretilen aygıtların geniş sıcaklık aralıklarında I-V (akım-voltaj) ve C-V (kapasite-voltaj) ölçümleri alındı. Termiyonik Emisyon, Cheung ve Norde fonksiyonları gibi farklı metotlarla, I-V ölçümlerinden idealite faktörü (n), engel yüksekliği (Φb) ve seri direnç (Rs) gibi bazı temel diyot parametreleri hesaplandı.
Bulgular: Bu parametrelerin sıcaklığa bağlılığı incelendiğinde, her üç aygıt için de artan sıcaklıkla engel yüksekliğinin arttığı ve idealite faktörünün ise azaldığı gözlemlendi. Bu durum eklem bölgesindeki homojensizliğe atfedildi. Seri direncin ise Au/GO-Fe3O4(NP)/n-Si/Al heteroeklemi için artan sıcaklıkla azaldığı, Cr/GO-Fe3O4(NP)/n-Si/Al ve Ni/GO-Fe3O4 (NP)/n-Si/Al heteroeklemleri için ise artan sıcaklıkla az miktarda arttığı gözlemlendi. Dirençteki değişimler taşıyıcı konsantrasyonunun durumuna atfedildi. Ayrıca, C-V ölçümlerinden Fermi enerji seviyesi, difüzyon potansiyeli, taşıyıcı konsantrasyonu ve engel yüksekliği gibi diyot parametreleri hesaplandı. Artan sıcaklıkla Fermi enerji seviyesinin artması ve difüzyon potansiyelinin azalması arayüzeydeki tuzaklara atfedildi. Sıcaklık artışıyla engel yüksekliğinin Au/GO-Fe3O4(NP)/n-Si/Al heteroeklemi için artması engelin homojensizliği, Cr/GO-Fe3O4(NP)/n-Si/Al ve Ni/GO-Fe3O4(NP)/n-Si/Al heteroeklemleri için azalması heteroeklemlerin bant aralığının azalmasıyla açıklandı. 
Sonuç: Genel olarak her üç metalle üretilen aygıtların termoelektrik özelliklerinden termal sensör uygulama potansiyeli olduğu görüldü.

Abstract:
Purpose: In this study, the fabrication of metal/GO-Fe3O4 nanoparticles (NPs)/n-Si/Al heterostructures produced using different metals (Au, Ni, Cr) and the effects of temperature on the characteristics of these devices were investigated in detail.
Method: The structural and morphological properties of GO-Fe3O4 nanoparticles were characterized using XRD, TEM, SEM and FTIR. It was observed that the devices produced using nanoparticles performed better than the Metal/n-Si Schottky diode. In addition, it was observed that the device produced with Cr gave better performance with respect to the others. The current-voltage (I-V) and capacity-voltage (C-V) measurements were performed at wide temperature ranges for fabricated with three metals. Some basic diode parameters such as ideality factor (n), barrier height (Φb) and series resistance (Rs) were calculated from the I-V measurements with different methods such as Thermionic Emission, Cheung and Norde functions.
Findings: When the dependence of these parameters on temperature was examined, it was observed that the barrier height increased and the ideality factor decreased with increasing temperature for all three devices. This situation was attributed to the inhomogeneity of the junction. On the other hand, the series resistance decreased with increasing temperature for Au/GO-Fe3O4(NP)/n-Si/Al heterojunction, while it slightly increased with the temperature for Cr/GO-Fe3O4 (NP) /n-Si/Al and Ni/GO-Fe3O4 (NP) /n-Si/Al heterojunctions Cr/GO-Fe3O4(NP) /n-Si/Al and Ni/GO-Fe3O4(NP)/n-Si/Al for heterojunctions. These changes in resistance were attributed to the state of carrier concentration. In addition, diode parameters such as Fermi energy level, diffusion potential, carrier concentration and barrier height were calculated from the C-V measurements. The increase in Fermi energy level and decrease in diffusion potential with increasing temperature were attributed to traps at the interface. The increase in the barrier height for the Au/GO-Fe3O4(NP)/n-Si/Al heterojunction with the temperature increase was attributed the inhomogeneity of the barrier, while decrease in the barrier with temperature for Cr/GO-Fe3O4(NP)/n-Si/Al and Ni/GO-Fe3O4(NP)/n-Si/Al devices was explained by the reduction of the band gap of the heterojunctions.
Results: In general, it was seen that the thermoelectric properties of the devices produced with all three metals have the potential to apply thermal sensors.