III-V grubu yarıiletken malzeme tabanlı ince film beta (β) voltaik hücrelerin tasarımı ve modellenmesi
Design and modeling of III-V group semiconductor material based thin film βeta (β) voltaic cells
Yazar: SAMET ÖZDEMİR
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA KULAKCI
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında III-V grubu yarıiletken malzemeler ile 3H (Ti-3H formunda) ve 63Ni izotop kaynaklardan oluşan β-voltaik aygıt tasarımları ve aygıt simülasyonları yapılmıştır. β-voltaik aygıt tasarımları yapabilmek için, beta kaynağından yayılan beta parçacıklarının farklı yarıiletken malzemeler ile etkileşimi, CASINO yazılımı kullanılarak yapılmıştır. Böylece hem 3H kaynak hem de 63Ni kaynak için beta parçacıkların yarıiletken malzemeler içerisinde erişebildiği derinlik belirlenmiştir. Elde edilen veriler ile çalışma kapsamındaki tüm yarıiletken malzemeler için hem 3H hem de 63Ni kaynak için ayrı ayrı derinliğin fonksiyonu olarak e-p çifti üretim oranları hesaplanmıştır. Daha sonra farklı yarıiletken malzeme kombinasyonlarının kullanıldığı p-n, n-p ve p-i-n gibi eklem yapılarından oluşan farklı β-voltaik aygıt yapıları tasarlanmıştır. CASINO yazılımından elde edilen sonuçlar ile hesaplanan e-p çifti üretim oranları, bir boyutlu aygıt simülasyon programı olan SCAPS yazılımına girdi olarak kullanılıp betavoltaik aygıt simülasyonları yapılmıştır. Farklı yarıiletken malzemelerden ve farklı aygıt mimarisinden oluşan betavoltaik aygıtlarda, eklem bölgelerinin katman kalınlıkları, katkı yoğunlukları ve kusur yoğunluğu gibi parametreler değiştirilerek aygıtların performansı; açık devre voltajı, kısa devre akımı ve aygıt verimliliği gibi çıktılar üzerinden en iyileştirilmeye çalışılmıştır. 
Tez çalışması kapsamında ilk defa III-V grubu esnek ince film β-voltaik aygıtlar tasarlanıp modellenmiştir. Ayrıca ilk defa simetrik çift yüzey β-voltaik aygıt yapıları tasarlanıp teorik olarak modellenmiştir. Bu teknolojilere yeni bir bakış açısı kazandırılmıştır

Abstract:
In this thesis study, β-voltaic devices consisting of 3H (Ti-3H tritide form) and 63Ni isotope sources with III-V group semiconductor materials have been designed and simulated. In order to design β-voltaic devices, the interaction of beta particles emitted from the beta source with different semiconductor materials was performed using CASINO software. Thus, for both 3H and 63Ni sources, the depth that beta particles can reach in semiconductor materials was determined. Using the obtained data, e-p pair production rates as a function of depth were calculated for all semiconductor materials within the scope of the study for both 3H and 63Ni sources separately. Then, different β-voltaic cell structures with different architectures such as p-n, n-p and p-i-n were designed using different combinations of semiconductor materials. The results obtained from CASINO software and the calculated e-p pair generation rates were used as input to SCAPS software, a one-dimensional device simulation program, to simulate betavoltaic devices. In betavoltaic cells consisting of different semiconductor materials and different device architectures, parameters such as layer thicknesses of junction regions, doping densities and defect densities were varied to optimize the performance of the cells through outputs such as open circuit voltage, short circuit current and device efficiency.
Within the scope of the thesis study, for the first time III-V group flexible thin film β-voltaic cells have been designed and modeled. In addition, symmetric bi-facial β-voltaic cell structures were designed and theoretically modeled for the first time. A new perspective has been brought to this emerging technology