Metal (Cu, Au)-gözenekli silisyum eklemlerin elektriksel özellikleri
The electrical properties of metal (Cu, Au)-porous silicon junctions
- Tez No: 154367
- Danışmanlar: PROF.DR. TAYYAR CAFEROV
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Gözenekli silisyum, metal-gözenekli silisyum eklemler, nem sensörü, hidrojen pili. xı, Porous silicon, metal-porous silicon junctions, humidity sensor, hydrogen-cell. Xll
- Yıl: 2004
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 92
Özet
ÖZET Tek kristal n-tipi silisyum üzerinde, elektrokimyasal anodizasyon yöntemi ile gözenekli silisyum (GS) tabakaları elde edildi. Büyüme şartlan (anodizasyon zamanı, akım yoğunluğu) değiştirilerek, özdirenci 4,5xl06 Qcm, kalınlığı 3-20 um, gözenekliliği % 35-85 aralığında olan GS tabakalar elde edildi. Si altlıklardan ayrılmış GS ince filmlerin optik soğurma spektrumu alınarak yasak enerji aralığı belirlendi (% 70 gözeneklilikte, Eg=l,92 eV). Elektron bombardımanı buharlaştırma yöntemi ile Cu-GS-Si ve Au-GS-Si eklemleri elde edildi. Cu-GS-Si ve GS-Si eklemlerin SEM analizleri yapıldı. Gözeneklerin koni biçiminde olduğu ve ortalama çaplarının 5-8 um olduğu belirlendi. Eklemlerin ayrı ayrı (Cu(Au)-GS, Cu(Au)-Si ve GS-Si) farklı ortamlardaki (oda şartları, karanlık ve aydınlık, nem, H3BO3, Na2B4C>7.5H20, NaBHU çözeltilerine daldırılarak) akım-gerilim karakteristikleri incelendi. Cu-GS ve Au-GS eklemlerinin normal oda şartlarında (300K, 45% RH) potansiyel engel yükseklikleri sırasıyla ®b= 0,24 eV ve Ob=0,18 eV olarak hesaplandı. Nem ortamının Cu(Au)-GS eklemlerin akım-gerilim karakteristiklerine, açık devre gerilimine ve kapasitansma etkisi görüldü. Eklemdeki metal film kalınlığının (Cu, Au) ve GS tabakasının gözenekliliğinin nem ortamındaki uyarılan voltaja etkisi incelendi. Nem ortamında Cu(Au)- GS eklemlerinde açık devre geriliminin oluşması, hidrojenin (protonların) dışarıdan Cu(Au)- GS sınır bölgesine difüzyonu ve burada elektrik yüklerin ayrılması (potansiyel farkının meydana gelmesi) ile yorumlandı. Hidrojen difüzyonu ile Voc (açık devre gerilimi)'nin oluşma mekanizması, GS ve Au-GS filmlerin kızıl ötesi soğurma spektrumları (FTIR) ile desteklendi. Cu(Au)-GS eklemlerindeki açık devre geriliminin hava ve nem ortamında zamanla değişimi ölçümlerinden hidrojenin ve oksijenin sıcaklığa bağlı difüzyon katsayıları hesaplandı. Hidrojen difüzyon katsayısının GS filmlerde 50-80°C aralığında nem ortamında (70% RH) D=l,3xlO“2exp(-0,25/kT) olarak artışı gözlendi. Ayrıca bu çalışmada oksijen difüzyon katsayısının Cu filminde 60-200°C aralığında (80% RH) D=5,2xlO”7exp(-0,44/kT) olarak değiştiği elde edildi. Cu(Au)-GS eklemlerin yüksek duyarlılığa sahip (10 mV/% RH) nem sensörü gibi kullanımı önerildi. Bu nem sensörlerinin tepki zamanı 2-3 saniye olarak bulundu. Sensörlerin kararlılığı çalışma zamanına bağlı incelendi. Benzer bir düşünce ile Cu(Au)-GS eklemleri hidrojen içeren farklı sıvılara (su, şekerli su, tuzlu su, etanol, metanol, H3BO3, KOH, Na2B407.5H20, NaBEU) daldırıldı, voltaj ve kısa devre akımı ürettiği gözlendi. Au-GS pillerin en yüksek voltaj ve akım değerleri, Na2B407.5H20 (VOC=550 mV, Isc= 7 mA/cm2) ve NaBH4 (Voc=500 mV, Isc= 24 mA/cm2) çözeltilerine daldırıldığında gözlendi. Birkaç eklemin seri veya paralel bağlanması voltajın veya akımın artışına neden olur. Böylece Au(Cu)-GS eklemleri elektrik üretimi için hidrojen pili olarak çalışabilir.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT Porous silicon (PS) was obtained by electrochemical anodization of single crystal silicon wafers of n-type. The PS layers with thickness of 3-20 urn, resistivity of 4.5x1 06 Qcm, porosity of 35-85 have been obtained by changing the growth conditions. Porous silicon has been seperated from silicon substrated. Than, optic spectrum of free-standing PS layer was measured (for % 70 porosity, Eg=l,92 eV). Cu-PS-Si and Au-GS-Si junctions have been obtained by avaporating method with electron beam. Cu-PS-Si and PS-Si junctions were made SEM analysis. The porous of shape was observed as cone and avarage of porous size was measurement 5-8 urn. The current-voltage characteristics of Cu(Au)-GS, Cu(Au)-Si and GS-Si junctions was investigated one by one in some different conditions (in air, in the dark, in the light, in the humidity, H3BO3, Na2B407.5H20, NaBFLt). Ob barier hights of Cu-PS and Au-PS juctions have been calculated (for Cu 0.24 eV and for Au 0. 1 8 eV) (300 K, 45% RH). The effect of ambient humidity was examined on current-voltage characteristics, the open- circuit voltage (Voc) and capacitance (C) in Cu(Au)-PS-Si junction. The effect of thickness of metal (Cu, Au) and effect of porosity of PS layer was investigated on the humidity sitimulated Voc. The humidity situmilated voltage generation is caused by the hydrogen ions (protons) diffusion on Cu(Au)-GS interfaces and electric charges are separated in this place than they cause potantial difference.This diffusion of hydrogen mechanism was supported by Fourier Transform Infrared Spectroscope (FTIR) analysis of PS and Au-PS films. The temperature dependence of diffusion coefficient of hydrogen and oxygen was calculated using Voc-time data of Cu(Au)-PS junctions in humid ambient air. The diffusion coefficient of hydrogen increased as D=l,3xl0“2exp(-0,25/kT) in 50-80°C temperature range (70% RH). Also the diffusion coefficient of oxygen increased as D=5,2xlO”7exp(-0,44/kT) on Cu film in 60-200°C temperatures range. The humidity-sensor is suggested used Cu(Au)-PS junctions (It has hight sensitivity 10 mV/%RH). The response time of this sensor is 2-3 minutes. The stability of humidity-sensor was investigated with time dependence. Similar experiments was performed in different hydrogen-containing solution (water, sugared water, salted water, ethenol, methanol, H3BO3, KOH, Na2B407.5H20, NaBH4). The maximum parameter of electricity for Au-PS cell is observed in Na2B40y.5H20 (VOC=550 mV, Isc= 7 mA/cm2) and NaBFLi (Voc=500 mV, Isc= 24 mA/cm2). If some junctions are connect by series or parallels, they have hight voltage or current. As a result, Au(cu)-PS junctions can be used the hydrogen cell for produse electricity.
Benzer Tezler
- Gözenekli silisyum tabanlı sensörlerin hazırlanması ve incelenmesi
Preparation and investigation of porous silicon based sensors
SÜREYYA AYDIN YÜKSEL
Doktora
Türkçe
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiFizik Bölümü
PROF. DR. EMİN DURUL ÖREN
- Çeşitli metallerin (Au, Ag, Cu, Pd) ve metal kalınlığının gözenekli silisyum esaslı hidrojen pili parametrelerine etkisi
Effect of various metals (Au, Ag, Cu, Pd) and metal thickness on the porous silicon ?based hydrogen cell parameters
SEVİNÇ YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÇİĞDEM ORUÇ LUŞ
- Fabrication and investigation of extremely thin CdTe absorber layer solar cells
Çok ince CdTe soğurucu tabakalı güneş hücrelerinin üretimi ve incelenmesi
AREZOO HOSSEİNİ
Doktora
İngilizce
2016
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE ÇİĞDEM ERÇELEBİ
- Preparation of metal nano-particles modified polypyrrole film electrodes and investigations of their electrocatalytic activity
Metal nanopartikül modifiye polipirol film elektrotların hazırlanması ve elektrokatalitik etkinliklerinin incelenmesi
ŞÜKRİYE ULUBAY
- Grafit oksitin elektrokimyasal indirgenmesi ile grafen ve metal-grafen kompozit sentezi
Synthesis of metal-graphene composite and graphene by electrochemical reduction of graphite oxide
HÜLYA ÖZTÜRK DOĞAN