Geniş frekans aralığında dikey grafen-PVP/n-Si Schottky bariyer diyotun üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of vertical graphene--PVP/n-Si Schottky barrier diode in a wide frequency range
Yazar: GİZEM KOCA
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN ÇİÇEK
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Dielektrik özellikler = Dielectric properties ; Elektriksel özellikler = Electrical properties ; Yarı iletkenlik = Semiconductivity

Özet:
Bu çalışmada, Altın (Au) ve Silikon katmanlı, spin kaplı grafen-PVP ince filme dayalı heteroeklem yapının Cm ve Gm/ω ölçümleri kullanılarak gerilime bağlı ve geniş frekans aralığında (5kHz-5MHz) elde edilen elektrik ve dielektrik özellikleri incelendi. Seri direnç (Rs), fermi enerji seviyesi (EF), arayüzey durum yoğunluğu (Nss), tüketim tabakasının genişliği (Wd), kurulma voltajı (Vbi), iletkenlik bandına ait etkin taşıyıcı yoğunluğu (NC), maksimum elektrik alanı (Em), katkılanan verici atomlarının yoğunluğu (ND), bariyer yüksekliği (ФBO) gibi elektriksel parametreler hesaplandı. Deneysel olarak, kapasitans (C) ve iletkenlik (G/) değerleri frekans azaldıkça artmaktadır. Aynı zamanda, gerilime bağlı olarak tükenme ve yığılım bölgelerinde artış göstermektedir. Özellikle seri direnç (Rs –V-f) eğrisi, yığılım ve tükenme bölgelerinde düşük frekans değerlerinde pik verir, yüksek frekanslara doğru bu pik azalır. Arayüzey durum yoğunluğu (Nss –V) değerleri ise oda sıcaklığında ve -3V ile 3V aralığında pozitif beslem bölgelere doğru artmaktadır. Dielektrik özellikleri incelendiğinde; dielektrik sabiti (ε'), ac iletkenlik (σac),  dielektrik kaybı (ε''),  kayıp açı faktörü (tanδ), elektrik modüllerinin gerçek ve imajiner kısımları (M' and M'') hesaplandı. Hesaplara göre dielektrik sabiti ve kaybı, frekans arttıkça azalmakta olup tanδ değerinde ise çok küçük bir değişiklik gözlenmektedir.  σac, gerçek ve imajiner kısımlar ise frekans arttıkça artmaktadır. Deneysel olarak, yüksek dielektrik sabiti (εmax'), geleneksel malzemelerin (SiO2 vb.) ve PVP'ye uygun katkılı malzemelerin maksimum değerinden çok yüksektir. Sonuçlar, yüksek değere sahip grafen-PVP ince filmin geleneksel bir cihaz yerine metal-organik/polimer-yarı iletken cihaz teknolojilerinde bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Sonuç olarak, Au/grafen-PVP/n-Si yapısı için tüm bu parametrelerin kuvvetle frekansa bağlı olduğu bulunmuştur.

Abstract:
In this study, the electrical and dielectric properties of the heterojunction structure based on spin coated graphene-PVP thin film on silicon with Gold (Au) Schottky contacts were investigated using voltage-dependent Cm and Gm /ω measurements in a wide frequency range (5kHz-5MHz).Fermi energy level (EF), Series resistance (Rs), the density of allowed energy states in the conduction band (NC), interfacial state density (Nss), set-up voltage (Vbi), depletion layer width (Wd), maximum electrical field (Em), concentration of donor atoms (ND), potential barrier height (Фbo) were calculated. Experimentally, the capacitance and conductivity values increased with decreasing frequency, in the depletion and accumulation regions. In particular, the series resistance curve peaks at low frequency values in the accumulation and depletion regions, and this peak decreased towards high frequencies. The Nss –V values increased with towards positive bias regions, in the range of -3V to 3V. When the dielectric properties are examined, dielectric constant (ε'), ac conductivity (σac), dielectric loss (ε''), tangent loss (tanδ), real and imaginary parts (M' and M'') of electrical modules were calculated. According to the calculations, the dielectric constant and loss decreased with incresing frequency, and a very small change in the tanδ value was observed. AC conductivity, M' and M''  increased with increasing frequency. Experimentally, the high dielectric constant (εmax') is higher than the maximum value of conventional materials (SiO2 etc.) and doped materials suitable for PVP. The results show that the high value graphene-PVP thin film has potential in metal organic semiconductor device technologies rather than a conventional device. As a result, it was found that all these parameters were strongly frequency dependent for the Au/graphene-PVP/n-Si structure.