P-n ve p-i-n temelli aygıtların üretimi ve fotodiyot karakteristiklerinin incelenmesi

Abstract

Heteroyapı ayırt edici bir özelliği, güneş hücreleri, diyotlar ve transistörler gibi birçok elektronik ve optoelektronik aygıtda kullanılabilmeleridir. Bu bağlantılar, malzeme özellikleri, karanlık, ışık ve sıcaklık gibi farklı koşullara bağlı olarak yanıtlarını değiştirebilirler. Bu tezde, farklı inorganik alt tabakalar üzerine p-PMItz (poli(3-metiltiofen)) organik yarı iletken katmanını kullanarak diyotların üretimi ve karakterizasyonuna odaklanılmıştır. Bu alt tabakalar arasında n-Si (n-tipi silikon), n-4HSiC (n-tipi 4H silikon karbür) ve p-PMItz/i-SiO2/n-Si konfigürasyonunda yer alan içsel bir SiO2 (silisyum dioksit) katmanı bulunmaktadır. Üretilen bu diyotlar Aygıt A; B; C; D; E ve F olarak adlandırılmıştır. Ayrıca, değiştirilmiş yapılar sayesinde aygıtların algılama kapasitesini artırmak amacıyla farklı anot kontaklar kullanılarak üretilmişlerdir. Kapsamlı bir karşılaştırma çalışması olarak, p-n ve p-i-n dikey diyotların farklı heteroyapı konfigürasyonları ile karanlık koşullar altında ilk olarak incelenmiştir. Akım-gerilim ve dielektrik özellikleri analiz edilerek bu diyot konfigürasyonları arasındaki performans farklılıkları ortaya konulmuştur. Heteroyapı arayüzleri ve bant yapıları aygıt davranışına olan etkisi araştırılmış, bu yapılar içerisindeki yük taşıma mekanizmalarına ışık tutulmuştur. Bulgularımız, p-n ve p-i-n diyotlar için aygıt özelliklerinde belirgin eğilimler göstermekte olup, heteroyapı tasarımının aygıt performansını optimize etmede önemli bir rol oynadığını ortaya koymaktadır. Bu karşılaştırmalı analiz, çeşitli optoelektronik uygulamalar için verimli organik-inorganik diyotların geliştirilmesi için değerli bilgiler sunmaktadır. Fotodiyot üretimi ile ilgili çok önemli bir konu olan ışığa karşı duyarlılık kapasitesinin nedeniyle bu çalışma, farklı anot kontaklar kullanılarak algılama kapasitesi artırılmış, UV-vis p-n ve p-i-n dikey kendinden beslemeli fotodiyotları içermektedir. p-PMItz/n-Si, p-PMItz/n-4HSiC ve p-PMItz/i-SiO2/n++-Si heteroyapılarına dayanan bu fotodiyotlarda, temel elektronik parametreler, I-V verilerinden termiyonik emisyon (TE) teorisi ve Ohm yasası kullanılarak elde edilmiştir. Literatüre uygun olarak, sonuçlar artan ışık yoğunluğu ile potansiyel bariyer yüksekliği (ФBo) değerlerinin azaldığını, idealite faktörü (n) değerlerinin ise arttığını göstermiştir. Ayrıca, karanlık ve farklı UV-vis ışık yoğunlukları altında fotodiyotların gerilim bağımlı seri direnç (Rs) değerleri Ohm yasası kullanılarak hesaplanmıştır. Rs değerlerinin artan ışık yoğunluğu ile azaldığı gözlemlenmiştir. Öte yandan, UV-vis ışık yoğunlukları altındaki fotodiyotların fotoduyarlı (PS) özellikleri uygulanan gerilime bağlı olarak incelenmiştir. Üretilen Aygıt B'nin (PS) değeri, kısa devre voltajı Vsc =0V'da maksimum 4,05x104 değerine ulaşırken, açık devre voltajı Voc, kendinden beslemeli modda minimum 0,058 değeri ile daha iyi fotoduyarlılık sergilemiştir. Ayrıca, fotodiyotların duyarlılık (R) ve algılama kapasitesi (D*) değerleri hesaplanmıştır. Literatüre uygun olarak, sıfır-ön gerilim voltajında artan güç yoğunluğu ile R ve D* değerlerinin azaldığı görülmüştür. Ayrıca, Aygıt B'nin R ve D* değerleri diğer aygıtlardan sırasıyla daha yüksek ve daha düşük seviyelerdedir. Aygıt A'nın doğrusal dinamik aralık (LDR) değeri, Vbias = 0V'da maksimum değerle ~92 dB'ye ulaşırken, karanlık akımı minimum değerle 0,038 nA olarak gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, Aygıt B'nin kendinden beslemeli modda fotodiyot uygulamaları için uygun olduğu sonucuna varılmıştır.