Fabrication and characterization of W-doped ZnO thin films for next generation photodetector device applications
Yeni nesil fotodedektör cihaz uygulamaları için metal oksit ince filmlerin üretimi ve karakterizasyonu
- Tez No: 984755
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDULLAH YILDIZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada, farklı oranlarda Tungsten (W) katkılanmış ZnO ince filmler, (100) yönelimli p-tipi Si (p-Si) alt tabakalar üzerine sol-jel spin kaplama yöntemi ile 500 °C sıcaklıkta başarıyla sentezlenmiştir. W/Zn atomik oranı %0–4 aralığında değiştirilmiş ve özellikle %2 W katkılı ZnO (WZO) filminin UV fotodedektör performansı açısından en uygun özellikleri sunduğu belirlenmiştir. Bu heteroeklem yapılar karanlık ortamda diyot benzeri doğrultucu davranış sergilemiş; %2 W katkılı örnek, ±5 V'de 5587 doğrultma oranı, 3.84 A/W duyarlılık ve 365 nm dalga boyunda 0.5 mW/cm² UV ışınımı altında 34 fotosensitivite değeri ile en yüksek performansı göstermiştir. Bu bağlamda, W katkısının taşıyıcı ayrışması ve rekombinasyonun bastırılması yoluyla detektör performansı üzerinde belirgin etkisi olduğu görülmüştür. İkinci aşamada, optimize edilen %2 W katkılı ZnO/p-Si fotodedektör yapısı üzerine gümüş nanoparçacıklar (Ag NP) kaplanmıştır. Yüzey ve kesit SEM görüntüleri, Ag NP'lerin homojen bir şekilde kaplandığını ve toplam film kalınlığının 167 nm olduğunu göstermiştir. UV-Görünür bölge spektroskopisi sonuçları, Ag NP kaplı WZO filminin %79.5 ortalama geçirgenliğe sahip olduğunu ve yasak enerji aralığının 3.17 eV olduğunu ortaya koymuştur. Ag NP entegrasyonu ile cihazın optoelektronik performansı önemli ölçüde artmış; duyarlılık 4.83 A/W, fotosensitivite 60.82 ve dedektivite 5.06 × 10¹² Jones değerlerine ulaşmıştır. Elde edilen bulgular, hem uygun W katkılama oranının hem de metal nanoparçacık entegrasyonunun ZnO/Si tabanlı UV fotodedektörlerin performansını artırmada kritik öneme sahip olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, tungsten (W)-doped ZnO thin films were successfully deposited on (100)-oriented p-type silicon (p-Si) substrates via the sol-gel spin-coating method at 500 °C, with W/Zn atomic ratios varying between 0% and 4%. The sample with 2% W doping exhibited the most favorable UV photodetector characteristics, displaying diode-like rectifying behavior in the dark with a rectification ratio of 5587 at ±5 V, a responsivity of 3.84 A/W, and a photosensitivity of 34 under 365 nm UV illumination at 0.5 mW/cm². The enhanced performance at this doping level is attributed to reduced carrier recombination and improved carrier separation in the depletion region, highlighting the critical role of W doping in device optimization. In the second stage, silver nanoparticles (Ag NPs) were deposited on the optimized 2% W-doped ZnO/p-Si photodetector. Top-view and cross-sectional SEM analysis confirmed a uniform Ag NP coating with a total film thickness of 167 nm. UV-Vis spectroscopy revealed that the Ag NP-coated film had an average optical transmittance of 79.5% and an optical bandgap of 3.17 eV. The incorporation of Ag NPs significantly improved the optoelectronic performance of the device, resulting in a responsivity of 4.83 A/W, a photosensitivity of 60.82, and a detectivity of 5.06 × 10¹² Jones. Overall, the findings demonstrate that the combination of optimal W doping and metal nanoparticle integration substantially enhances the UV detection performance of ZnO/Si-based heterojunction photodetectors.
Benzer Tezler
- Growth and characterization of aluminum doped transparent and conductive zinc oxide thin films
Aluminyum ile safsızlaştırılmış çinko oksit saydam ve iletken ince filmlerin üretilmesi ve karakterizasyonu
DERYA ATAÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YUSUF SELAMET
- Yeni nesil ince filmler ile optoelektronik uygulamaların araştırılması
Investigation of optoelectronic applications with novel thin films
MEHMET DENİZ ÇALIŞKAN
Doktora
Türkçe
2014
Mühendislik BilimleriHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞADAN ÖZCAN
- Çinko nanotanecik içeren polimer nanokompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of polymer nanocomposite materials incorporated zno nanoparticles
ALEV AKBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SADRİYE KÜÇÜKBAYRAK OSKAY
- Fabrication and characterization of nbn Inas/Gasb/B-Al(x)ga(1-x)sb type-II superlattice detectors with dual-color detection in mwir
Orta dalga boyunda çift renkli algılama yapabilen nbn Inas/Gasb/B-Al(x)ga(1-x)sb tip-II süperörgü dedektörlerin fabrikasyonu ve karakterizasyonu
UTKU ÇEKMEZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. TAYFUN AKIN
DOÇ. DR. KIVANÇ AZGIN
- Ga2O3/p-Si P-N hetero eklemli UV fotodedektörlerinin üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of Ga2O3/p-Si P-N hetero junction UV photodetectors
UĞUR HARMANCI
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHarran ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET TAHİR GÜLLÜOĞLU
PROF. DR. ABDULLAH YILDIZ