Ga2O3/p-Si P-N HETERO EKLEMLİ UV FOTODEDEKTÖRLERİNİN ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

Abstract

Ultra geniş bant aralıklı (Ga2O3), kimyasal ve termal kararlılığı, opto-elektronik ve güç elektroniğinde kullanılan cihazlara yönelik çeşitli potansiyel uygulamaları nedeniyle son yıllarda büyük ilgi görmüştür. Çözelti bazlı sentez, düşük sıcaklıklarda yüksek verim sağlayan basit ve uygun maliyetli bir sentez yöntemidir. Bu tez çalışmasında sol-jel spin-kaplama yöntemiyle p-Si alt taşlar üzerine n-β Ga2O3 ince filmleri kaplanmıştır. Katkılı ve katkısız β-Ga2O3 ince filmler kullanılarak n-Ga2O3:X/p-Si (X: W+4, Ti+4, Sb+4, Zn+2, Sn+4) UV güneş körü fotodedektörler (GKFD) üretilmiştir. Katkı maddelerinin türünün ve oranının, fotodedektörün (FD) optik, atomik, yüzey morfolojileri ve elektriksel özellikleri üzerine etkisi araştırılmıştır. Bu araştırmalarda X-ışını kırınım spektrumları (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri, UV-Vis spektroskopisi ölçümlerinden faydalanılmıştır. Üretilen fotodedektörlerin elektriksel karakterizasyonları akım-voltaj (I-v) ölçümleri ile araştırılmıştır. Ga2O3, galyum kaynağı olarak kullanılan galyum (III) nitrat hidrat ile çözelti sentezi yöntemi ile başarıyla sentezlenmiştir. Ardından yapılan ısıl tavlama işlemiyle, Ga2O3 bileşiğindeki Ga elementi ve O elementi oranında iyileşmeler gösterirken, özellikle yüksek sıcaklıkta β-Ga2O3 fazına dönüştüğü gözlenmiştir. UV-Vis analizleri, aynı kalınlıktaki katkılı ve katkısız β-Ga2O3 ince filmlerin benzer geçirgenlik spektrumu sergilediğini göstermiştir. 280 nm'nin altındaki derin ultraviyole bölgesinde azaltılmış geçirgenlik filmlerin bir GKFD yayıcı tabakası olarak kullanılabileceği göstermiştir. Katkılı ve katkısız β-Ga2O3 cihazlarının optoelektronik performansını araştırmak için karanlıkta ve ışık altında akım-voltaj (I-V) ölçümleri gerçekleştirilmiştir. GKFD davranışını anlamak için n-β-Ga2O3 ve p-Si arasında meydana gelen hetero eklem, ters besleme altında bant konumlarının yeniden düzenlenmesi yoluyla niteliksel incelenmiştir. Sonuçlar, katkılama ile fotoakımın, doğru ve ters besleme bölgesi altında aynı anda arttığını ve katkıların eklenmesinden sonra n-β-Ga2O3/p-Si hetero eklemlerde bağlantı kalitesinin daha iyi hale geldiği göstermiştir. Zamansal tepki ölçümleri, katkılı n-β-Ga2O3/p-Si p-n hetero eklem tabanlı fotodedektörün yanıtının katkı maddesine göre değişkenlik gösterdiğini ortaya çıkarmıştır. Tepki süresi iyileşmesi, kusur durumlarının bastırılmasından dolayı ışıkla uyarılmış taşıyıcıların hızlıca ayrılmasına ve göçüne veya ışıkla uyarılmış taşıyıcıları verimli bir şekilde ayırabilen güçlü p-n bağlantısına atfedilmiştir. Bu çalışmanın sonuçları, basit, düşük maliyetli ve yüksek performanslı β-Ga2O3 güneş körü fotodedektörler imal etmek için bir yol sağlayacağını göstermiştir.