Gözenekli silisyum/organik yarıiletken eklemlerin fiziksel özelliklerinin incelenmesi
Investigation of physical properties of porous silicon/organic semiconductor junction
Yazar: ORHAN ŞENTÜRK
Danışman: PROF. DR. SERTAN KEMAL AKAY ; DOÇ. DR. SÜREYYA AYDIN YÜKSEL
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elektrokimyasal aşındırma = Electrochemical etching ; Gözenekli silisyum = Porous silicon ; Schottky diyodları = Schottky diodes ; İletken polimerler = Conducting polymers

Özet:
Bu tez çalışmasında, n tipi Silisyumun (nSi) ön yüzüne anodizasyon yöntemi ile Gözenekli Silisyum (GS) yapıların üretilmiştir. Üretilen yapılardan elde edilen Au/GS/nSi/In ve Au/PEDOT: PSS/GS/nSi/In eklemlerin elektriksel karakteristiklikleri akım-gerilim ölçümleri kullanılarak diyot parametreleri belirlenmiştir. Elde edilen bulgularla anodizasyon, elektrolit çözeltisi içeriğine bağlı olarak farklı fiziksel özelliklere sahip GS yapılar ile üretilen Au/GS/nSi/In eklemlerin ve aynı şartlarda üretilen PEDOT: PSS ara katmanı ile oluşturulan Au/PEDOT: PSS/GS/nSi/In eklemlerin elektriksel parametrelerin değişimi incelenmiştir. Çalışma sürecinde elde edilen veriler farklı elektronik cihaz (MIS kapasitör ve/veya MOS kapasitör) uygulamalarına uyduğu belirlenmiştir. GS yapının morfolojik ve yapısal analizleri X-ışınları Kırınımı (XRD) ve Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile optik özellikleri ise Fourier Dönüşümlü Kızılaltı Spektrometre (FTIR), Ultraviyole-Görünür Spektrofotometresi (UV-Vis) ve Raman ölçümleri ile ele alınmıştır. Üretilen filmlerin gözenekliliklerinin belirlenmesi için Imagej programı kullanılmış ve yaklaşıkça %8-%50 aralığında üretim şartlarına bağlı değişen gözenekliliğe sahip GS katmanlar üretildiği belirlenmiştir. GS katmanın özelliklerine bağlı olarak diyot parametrelerinin değişiminin gözlendiği çalışmada, artan gözeneklilikle iyileşen diyot idealite faktörü ve azalan bariyer yüksekliği tanımlanmıştır. En yüksek gözeneklilik (%50)  ve 11 m kalınlıklı 1:0:1 (dH2O:MetOH: HF) elektrolit çözeltisinde üretilen GS katman ile oluşturulan Au/GS/nSi/In Schottky diyot karakteristiği veren cihazın idealite faktörü n=1,82 ve bariyer yüksekliği 0,80 eV olarak hesaplanmıştır. Öte yandan GS ile Au metal arasına kaplanan PEDOT: PSS katmanın Au/GS/nSi/In eklemler ile karşılaştırıldığında diyot parametrelerinin omik karaktere yaklaştığı gözlenmiştir. Bu durum PEDOT: PSS katmanın ara yüz durumları ile etkileşmesi ve yapıda doğrultucu özelliği azaltıcı yönde etki etmesinden kaynaklandığı sonucuna varılmıştır. Ayrıca PEDOT: PSS katmanın olduğu eklemlerde herhangi bir dış etki olmaksızın açık devre gerilimi ve kısa devre akımı tayin edilmiş, PEDOT: PSS in yakıt olarak görev aldığı yakıt pili karakteristiği belirlenmiş ve tartışılmıştır.

Abstract:
In this thesis, porous silicon (PS) structures were produced on the front side of n-type silicon (nSi) using the anodization method. The electrical characteristics of the Au/PS/nSi/In and Au/PEDOT/PS/nSi/In junctions obtained from the fabricated structures were determined through current-voltage measurements to identify diode parameters. The findings demonstrate that the electrical parameters of the Au/PS/nSi/In junctions, produced with PS structures exhibiting different physical properties depending on the anodization and electrolyte solution composition, and the Au/PEDOT/PS/nSi/In junctions created with a PEDOT interlayer under the same conditions were investigated. The data obtained during the study indicated that these results are applicable to various electronic devices (such as MIS capacitors and/or MOS capacitors). The morphological and structural analyses of the PS structures were conducted using X-ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM), while their optical properties were examined through Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Ultraviolet-Visible Spectrophotometry (UV-Vis), and Raman spectroscopy. To determine the porosity of the produced films, the ImageJ software was used, revealing that PS layers with porosity ranging from approximately 8% to 50%, depending on the production conditions, were fabricated. In the study, it was observed that the diode parameters changed depending on the properties of the PS layer; specifically, the diode ideality factor improved with increasing porosity, while the barrier height decreased. The device with Schottky diode characteristics, fabricated with the PS layer having the highest porosity (50%) and a thickness of 11 μm in a 1:0:1 (dH2O:MetOH:HF) electrolyte solution, had an ideality factor of n=1.82 and a barrier height of 0.80 eV. On the other hand, it was observed that the diode parameters of the junctions with the PEDOTlayer deposited between the PS and Au metal approached ohmic characteristics compared to the Au/PS/nSi/In junctions. This finding suggests that the PEDOT layer interacts with the interface states, reducing the rectifying properties of the structure. Additionally, in the junctions containing the PEDOT layer, the open-circuit voltage and short-circuit current were determined without any external influence, indicating that PEDOT functions as a fuel in a fuel cell configuration, which was identified and discussed.