Si ve SiNW alttaşların metal oksit ince filmlerle kaplanması ve kızılötesi bölgede davranışının incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, dikey olarak hizalanmış farklı uzunluk ve çaplara sahip n tipi silisyum (Si) nanoteller (n-SiNWs), metal destekli kimyasal aşındırma yöntemi (MACE) kullanılarak <100> yönelimli ticari n-Si levhadan üretildi. Üretilen nanotel yapıların yapısal, elementel ve optiksel özellikleri araştırıldı. Daha sonra, üretilen n-SiNWs üzerine p tipi bakır I oksit filmler (Cu₂O)/n-SiNWs biçiminde heteroyapıları sentezlemek için elektrodepozisyon yöntemi kullanıldı. Ayrıca, p-Cu₂O ince filmler, termal buharlaştırma yöntemi (PVD) ile elde edilen Au/Cr/Si alttabakalar üzerine aynı depozisyon şartları altında büyütüldüler. İnce filmlerin depozisyon süreçleri dönüşümlü voltmetre tekniği ve akım-zaman grafikleri ile incelendi. X ışınları kırınımı (XRD) tekniği ile p-Cu₂O/n-SiNWs hetero ve Cu₂O/Au/Cr/Si yapıların kristolografik özellikleri araştırıldı. Bütün numunelerin tek fazlı kübik yapıya sahip oldukları gözlendi. Ek olarak, enine kesit alan emisyonlu aramalı elektron mikroskobu (FE-SEM)-enerji dağılımlı x-ışını spektroskopisi (EDX) karakterizasyonu ile p-Cu₂O/n-SiNWs hetero ve Cu₂O/Au/Cr/Si yapıların morfololjik özellikleri araştırıldı ve elementel analizleri yapıldı. Öte yandan, p-Cu₂O/n-SiNWs hetero ve Cu₂O/Au/Cr/Si yapıların yüzey pürüzlülükleri (Rq (nm)) ve tanecik boyutları atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile analiz edilerek hesaplandı. Değişen uzunluk/çap oranı ile birlikte Rq (nm) değerlerinin ve tanecik boyutlarının değiştiği görüldü. Yakın kızılötesi (UV-VIS-NIR) ve kızıl ötesi (FTIR) spektrometresi ile n-Si levha, nanotel yapıların ve p-Cu₂O/n-SiNWs heteroyapıların NIR ve IR bölgedeki optik özellikleri incelendi. Son olarak akım-gerilim (I-V) ölçümleri ile heteroyapıların diyot performansları belirlendi ve idealite faktörlerinin nanotellerin uzunluk/çap oranına bağlı olarak önemli ölçüde değiştiği bulundu.

In this thesis, the vertically aligned n-type silicon (Si) nanowires (n-SiNWs) with different lengths and diameters were fabricated from commercial n-Si wafers having <100> orientation by using metal-assisted chemical etching method (MACE). The structural, elemental and optical properties of the produced nanowire structures were investigated. Then, in order to obtain p-Cu₂O/n-SiNWs heterostructures, p type copper I oxide (Cu₂O) thin films were deposited on the produced n-SiNWs by the electrodeposition method. Furthermore, p-Cu₂O thin films were deposited on the surface of Au/Cr/Si substrates prepared by thermal evaporation method (PVD) under the same deposition conditions. The deposition processes of the thin films were examined by monitoring the cyclic voltmeter technique and current-time transients. The crystallographic properties of p-Cu₂O/n-SiNWs hetero and Cu₂O/Au/Cr/Si structures were investigated by the X-ray diffraction (XRD) technique, It was observed that they have a single-phase cubic structure. Furthermore, the morphological and elemental properties of p-Cu₂O/n-SiNWs hetero and Cu₂O/Au/Cr/Si structures were performed by cross-sectional field emission scanning electron microscopy-energy dispersive x-ray (FE-SEM EDX) characterization. On the other hand, surface roughness (Rq (nm)) and particle sizes of p-Cu₂O/n-SiNWs hetero and Cu₂O/Au/Cr/Si structures were calculated by atomic force microscopy (AFM). It was observed that Rq (nm) values and particle sizes changed with the changing aspect ratio. Near infrared (UV-VIS-NIR) and infrared region (FTIR) spectrometry showed that the reflectance values of nanowire structures and p-Cu₂O/n-SiNWs heterostructures were much lower than that of n-Si wafer. In addition, diode performances of heterostructures were determined by current-voltage (I-V) measurements and it was found that ideality factors changed significantly depending on the structure of nanowires.