İki boyutlu GaSe katkılı PVP ince film tabanlı fotodedektörlerin üretilmesi ve incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, PVP+%GaSe solüsyonundan üretilmiş ince filmlerin optik ve elektriksel karakteristikleri belirlenerek iki boyutlu yarıiletken kullanımının Schottky fotodiyot ve alan etkili transistör üzerine etkileri incelenmiştir. Son yıllarda araştırmacıların grafen benzeri malzemelere yönelmesi, iki boyutlu yarı iletkenlerin elektronik veya optik aygıt üretiminde kullanımının hız kazanmasına sebep olmuştur. Tez çalışması kapsamında iki boyutlu yarıiletkenlerden biri olan GaSe belirli yüzde konsantrasyonlarında katkılanarak PVP polimer maddesi ile katkılanmıştır. Katkılanan PVP+GaSe çözeltisi dönel kaplama tekniği ile Si alttaş üzerine ince filmler kaplanmıştır. Hazırlanan ince filmlerin yüzey morfolojisinin görüntüsü taramalı elektron mikroskobuyla (SEM), kalınlık tayini ve kırılma indisi parametreleri Elipsometre yöntemiyle, yapısal karakteristiği X ışını kırınımı (XRD) yöntemiyle, optik karakteristikleri ise Raman ve Fotolüminesans spektroskopileriyle analiz edilmiştir. Ardından mikroelektronik aygıt fabrikasyon aşamalarına geçilerek Schottky diyot ve transistör aygıtları uygun maske ve fabrikasyon teknikleriyle elde edilmiştir. Numunelerin elektriksel karakteristiklerinin belirlenmesinde karanlık ortamda akımgerilim (I-V) ve farklı ışık şiddetleri altında kısa devre akımı-zaman (I-t) ölçümleri analiz edilmiştir. Karanlık ortamda alınan akım-gerilim ölçümlerinin grafiklerinden önemli diyot parametreleri hesaplanmıştır. Aydınlık ortamda değişen ışık şiddetine bağlı olarak kısa devre akımı-zaman (I-t) ölçümleri yapılmıştır. I-t grafiğinden fotocevap, dış kuantum verimi ve alıcılık gibi parametreler hesaplanmıştır. Deneysel sonuçlara göre, en yüksek GaSe konsantrasyonuna sahip PVP+%5 GaSe ince filme sahip aygıtların en iyi Schottky diyot performansı, en iyi fotocevap, en yüksek dış kuantum verimi ve en yüksek doğrultma oranı değerlerine sahip olduğu gözlenmiştir. Benzer şekilde yapılan transistör denemelerinden elde edilen akım -gerilim karakteristiğine bakıldığında PVP+%5 GaSe ince filme sahip transistörlerin en iyi performansa sahip olduğu gözlenmiştir.

In this thesis, two dimensional GaSe flakes, one of the two-dimensional semiconductors, was doped into PVP polymer material by doping various percentage concentrations. Thin films of doped PVP+GaSe solution were coated on Si substrate by spin - coating technique. The surface morphologies of the prepared thin films were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), thickness determination and refractive index parameters were analyzed by Ellipsometry method, structural characteristics were analyzed by X-ray diffraction (XRD) method, and optical characteristics were analyzed by Raman and Photoluminescence spectroscopy. Then, Schottky photodetectors and field effect transistors were produced with appropriate mask and fabrication techniques. In order to determine the electrical characteristics of the devices, current-voltage (I-V) and short-circuit current-time (I-t) measurements under different illumination intensities were analyzed. Important device parameters were calculated from the graphs of current-voltage measurements. Illumination dependent short-circuit current-time (I-t) measurements were also analyzed to understand photodetector performance. Parameters such as photoresponse, external quantum efficiency and detectivity were calculated from the I-t plot. According to the experimental results, it was observed that the device with PVP+5% GaSe thin film had the best photodedector performance, the best photoresponse, the highest external quantum efficiency and the highest rectification ratio values. Considering the current-voltage characteristics obtained from similar transistor experiments, it was observed that transistors with PVP+5% GaSe thin film had the best performance. This research will pave the way for novel device designs and electronic applications for new nanocomposites decorated with different 2D materials.