PLD tekniği ile üretilen nano boyutlu Ag/p-CdTe/ (gözenekli) Si/Ag heteroeklem fotodetektörün yüksek hızda ve nır bölgesinde ışık algılaması
Yükleniyor...
Dosyalar
Tarih
2025
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Bu doktora tez çalışmasının amacı; Ag/CdTe/Si/Ag ve Ag/CdTe/(gözenekli)Si/Ag hetero-eklem yapılı bir foto-detektör üretmek ve bu üretimin ölçüm ve karakterizasyon aşamalarını gerçekleştirmektir. Bu sayede daha sınırlı bölgede daha fazla malzeme elde etmek suretiyle elektromanyetik dalga ve malzeme arasındaki etkileşimi arttırarak daha fazla tetiklenen elektron ortaya çıkarmaktır. Üretim aşamasında öncelikle cam üzerine ince film CdTe malzeme büyütülmüş (Ag/CdTe/(gözeneksiz)Cam/Ag), ardından gözeneksiz ve gözenekli olmak üzere, Si üzerine CdTe ince film büyütülerek hetero-eklem yapı elde edilmiştir. Gözenekli Si yüzeylerde gözenek formasyonu için kimyasal yüzey mikro işleme tekniklerinden faydalanılmış, HidroFlorik Asit (HF) ile yüzey delikleri başarıyla oluşturulmuştur. Tüm numunelerde ince film büyütme esnasında PLD tekniği uygulanmış ve bu PLD sisteminde, nanosaniye puls genişliğine sahip bir lazer yardımıyla CdTe hedef malzeme ablasyona uğratılmıştır. CdTe ince film kaplamanın ardından numuneler 500 oC'de 60 dakika süre boyunca tavlama işlemine tabi tutulmuştur ve poli-kristal yapı metal yüzeyde arttırılmıştır. Ölçüm ve karakterizasyon aşamalarında morfolojik, opto-elektronik ve kimyasal ölçüm metotlarına başvurulmuştur. İnce film CdTe kaplamalar üzerinde gerçekleştirilen AFM ölçümlerinde kalınlık arttıkça Miller indisinde büyüyen kristalografi oryantasyonları tespit edilmiştir. Morfolojik ölçümlerde ayrıca SEM görüntüsü de alınmış ve buradaki tanecik boyutları ile AFM görüntülerindeki tanecik boyutları arasındaki korelasyon ortaya konmuştur. Soğurma oranları ölçümlerinde ise kalınlık arttıkça soğurma oranında da artış gözlemlenmiştir ve bu sıralamanın özellikle NIR bölgede tam doğrusal bir davranış vermesi, hedeflenen sonuçlardan birisi idi. EDX kimyasal analizinde ise kalınlık arttıkça CdTe ince film kaplamada bulunan Cd geçiş metali pozitif, Te metaloidinin ise negatif korelasyonu tespit edilmiştir. Ag/CdTe/Si/Ag ve Ag/CdTe/(gözenekli)Si/Ag hetero-eklem foto-detektörlerinin gerilime bağlı akım grafiği (I – V karakteristik eğrisi) ve zamana bağlı akım grafiği (I – T analizlerinin) ardından gözeneksiz yapıdan gözenekli yapıya geçtikçe bir ışık sensörünün temel özelliklerindeki belirgin yükselişin altı özellikle çizilmiştir. Üretilmiş tüm numuneler arasında gözeneksiz ve gözenekli Si yüzeylerde olmak üzere sırasıyla, foto-detektör temel parametrelerinde; R (Detektör Tepkisi) 2.8×10-2'den 4.49×104'e (mA/W), D (Detektivite) 4.18×101'den 1.1×108'e (1×108 Jones), EQE (Dış Kuantum Verimliliği) 1.74×10-2'den 2.79×104'e (%) ve G (Foto-Akım Kazancı) ise 3.94×100'dan 10,95×100'a yükselme tespit edilmiştir. Bu doktora tezinde PLD tekniği kullanılarak üretimi gerçekleştirilmiş Ag/CdTe/ (gözenekli)Si/Ag hetero-eklem yapılı hızlı yanıtlı foto-detektörler mevcut literatürde özgünlük taşımaktadır. En öne çıkan özgün niteliği ise Si yüzey üzerine HF kullanılarak gözenek oluşturduktan sonra PLD tekniği ile CdTe ince film kaplanmasıdır. Bu yüzey-mikro-işleme kimyasal müdahalesi ile tüm üretimlerde görülmüştür ki bu teknik, üretilen foto-detektörlerde aynı kısıtlı alan içerisinde hassasiyeti arttırarak daha yüksek opto-elektrik çıktı ve daha kaliteli sensör özellikleri elde etmemizi sağlamaktadır.
The aim of this Ph.D study is to fabricate a photodetector as Ag/CdTe/Si/Ag and Ag/CdTe/(porous)Si/Ag heterojunction structures and to achieve its measurement and characterization processes. Thus, the main objective is to increase the amount of interaction between incoming electromagnetic waves and materials by containing more material in a same restricted region, thereby producing more triggered electrons out of such opto-mechanism. In the fabrication steps, thin film CdTe material was first grown onto glass (Ag/CdTe/(non-porous)Glass/Ag). Then another series of thin film CdTe deposition process was performed onto both non-porous and porous Si, resulting in heterojunction structures. In the formation of the holes (or pores) on the Si surface, by employing a surface micro-machining technique, holes were created successfully using Hydrofluoric Acid (HF). The PLD technique was applied for thin film deposition on all samples, where the CdTe target material was ablated using a nanosecond laser in this PLD system. After CdTe thin film deposition, the samples were annealed at 500°C for 60 minutes, enhancing the poly-crystalline structure on the semi-conductor surface. Morphological, opto-electronic, and chemical methods were employed during the measurement and characterization process. It is obtained in the AFM results that as the thickness of the CdTe material increased, crystallographic structure in the Miller index grew in specific orientations. SEM imaging technique also held as another morphological characterization, demonstrating the correlation between grain sizes in SEM images and AFM images subsequently. Absorption characterization of the thin films indicated an increase in absorption ratio with thickness, exhibiting a linear behavior in the NIR region, which was one of the desired results of the study. In EDX chemical analysis, as the thickness increased, a positive correlation for the Cd transition metal and a negative correlation for the Te metalloid in the CdTe thin film were obtained. The I-V characteristic curve and I-T analyses of the Ag/CdTe/Si/Ag and Ag/CdTe/(porous)Si/Ag heterojunctions showed that the hole structures on the Si surface provided a significant increase in the fundamental features of such a light sensor. vii Among all the samples produced, the sensor features of the photodetectors, on non-porous and porous Si surfaces were observed to be: R (Responsivity) increased from 2.8×10-2 to 4.49×104 (mA/W), D (Detectivity) from 4.18×101 to 1.1×108 (1×108 Jones), EQE (External Quantum Efficiency) from 1.74×10-2 to 2.79×104 (%), and G (Photo-Current Gain) from 3.94×100 to 10.95×100, respectively. The fast-responsive photodetectors as Ag/CdTe/(porous)Si/Ag heterojunction structures produced by using the PLD technique in this Ph.D thesis are unique in the existing literature. The most prominent feature is the deposition of CdTe thin film using the PLD technique after forming holes on the Si surface with HF. It was observed that this surface-micromachining chemical step gives us an opportunity to increase the sensitivity in the same restricted area, resulting in higher opto-electrical output and better sensor characteristics.
The aim of this Ph.D study is to fabricate a photodetector as Ag/CdTe/Si/Ag and Ag/CdTe/(porous)Si/Ag heterojunction structures and to achieve its measurement and characterization processes. Thus, the main objective is to increase the amount of interaction between incoming electromagnetic waves and materials by containing more material in a same restricted region, thereby producing more triggered electrons out of such opto-mechanism. In the fabrication steps, thin film CdTe material was first grown onto glass (Ag/CdTe/(non-porous)Glass/Ag). Then another series of thin film CdTe deposition process was performed onto both non-porous and porous Si, resulting in heterojunction structures. In the formation of the holes (or pores) on the Si surface, by employing a surface micro-machining technique, holes were created successfully using Hydrofluoric Acid (HF). The PLD technique was applied for thin film deposition on all samples, where the CdTe target material was ablated using a nanosecond laser in this PLD system. After CdTe thin film deposition, the samples were annealed at 500°C for 60 minutes, enhancing the poly-crystalline structure on the semi-conductor surface. Morphological, opto-electronic, and chemical methods were employed during the measurement and characterization process. It is obtained in the AFM results that as the thickness of the CdTe material increased, crystallographic structure in the Miller index grew in specific orientations. SEM imaging technique also held as another morphological characterization, demonstrating the correlation between grain sizes in SEM images and AFM images subsequently. Absorption characterization of the thin films indicated an increase in absorption ratio with thickness, exhibiting a linear behavior in the NIR region, which was one of the desired results of the study. In EDX chemical analysis, as the thickness increased, a positive correlation for the Cd transition metal and a negative correlation for the Te metalloid in the CdTe thin film were obtained. The I-V characteristic curve and I-T analyses of the Ag/CdTe/Si/Ag and Ag/CdTe/(porous)Si/Ag heterojunctions showed that the hole structures on the Si surface provided a significant increase in the fundamental features of such a light sensor. vii Among all the samples produced, the sensor features of the photodetectors, on non-porous and porous Si surfaces were observed to be: R (Responsivity) increased from 2.8×10-2 to 4.49×104 (mA/W), D (Detectivity) from 4.18×101 to 1.1×108 (1×108 Jones), EQE (External Quantum Efficiency) from 1.74×10-2 to 2.79×104 (%), and G (Photo-Current Gain) from 3.94×100 to 10.95×100, respectively. The fast-responsive photodetectors as Ag/CdTe/(porous)Si/Ag heterojunction structures produced by using the PLD technique in this Ph.D thesis are unique in the existing literature. The most prominent feature is the deposition of CdTe thin film using the PLD technique after forming holes on the Si surface with HF. It was observed that this surface-micromachining chemical step gives us an opportunity to increase the sensitivity in the same restricted area, resulting in higher opto-electrical output and better sensor characteristics.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
CdTe İnce Film, Gözenekli Si Yüzey, Hetero-Eklem Fotodetektör, Hidroflorik Asit, MEMS, PLD, Yüzey Mikro İşleme, CdTe Thin Film, Heterojunction Photo-Detector, Hydrofluoric Acid, Porous Si Surface, Surface Micro Machining
Kaynak
WoS Q Değeri
Scopus Q Değeri
Cilt
Sayı
Künye
Tuna, A. (2025). PLD tekniği ile üretilen nano boyutlu Ag/p-CdTe/ (gözenekli) Si/Ag heteroeklem fotodetektörün yüksek hızda ve nır bölgesinde ışık algılaması. (Doktora Tezi). Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya
