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
- Yeni nesil ince filmler ile optoelektronik uygulamaların araştırılması
Investigation of optoelectronic applications with novel thin films
MEHMET DENİZ ÇALIŞKAN
- Çinko nanotanecik içeren polimer nanokompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of polymer nanocomposite materials incorporated zno nanoparticles
ALEV AKBAŞ
- 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
Orta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
Yükleniyor...
- 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
