Fabrication of organic-based photodiode and determination of its parameters for the optoelectronic applications

Abstract

Bu tez çalışmasında, n-Si alttaş üzerine dönel kaplama metoduyla parlak mavi (BB) film kaplandı ve bu film üzerine bakır (Cu) üst kontaklar termal buharlaştırma tekniği ile oluşturularak organik bileşenli heteroeklem aygıt üretildi. Fabrikasyonu yapılan cihazların elektriksel ve fotoelektriksel özellikleri araştırıldı. Üretilen Cu / n-Si / Au ve Cu / BB / n-Si / Au aygıtların akım gerilim ölçümleri karanlıkta ve oda sıcaklığında gerçekleştirildi. Aygıtın temel elektriksel parametreleri, termiyonik emisyon teorisi, Cheung ve modifiye Norde fonksiyonları kullanılarak belirlendi. Farklı yöntemlerden hesaplanan elektriksel parametre değerleri karşılaştırıldı. Elde edilen sonuçlar, organik ara tabakanın arayüzey olarak kullanıldığı aygıtın daha iyi doğrultma davranışı, daha yüksek engel yüksekliği ve daha düşük seri direnç gibi elektriksel parametrelerin iyileşmesine sebep olduğu tespit edildi. Ayrıca, her iki aygıtın frekansa bağlı kapasitans gerilim ölçümü oda sıcaklığında gerçekleştirildi. Yüksek frekanslarda cihazın A.C sinyallerini takip edemediği ve dolayısıyla düşük kapasitif özelliğe sahip olduğu gösterildi. Ayrıca, akım-gerilim ölçümleri 30-100 mW/cm2 aralığında değişen farklı aydınlatmalar altında gerçekleştirildi. Ters beslemde foto akımın gelen ışığın aydınlatma gününe büyük ölçüde bağlı olduğu rapor edildi. Ayrıca, aygıtın ışık duyarlılığının gelen ışık şiddeti ile ilişkili olduğu tespit edildi. Deneysel sonuçlara göre, cihazın düşük ters beslem değerinde bile ışık duyarlılığının olduğu ve optoelektronik teknolojisinde fotodiyot olarak kullanılabilirliği gösterildi.

In this thesis, the organic based heterojunction devices were fabricated by depositing Brilliant Blue (BB) on n-Si wafer via spin coating method and evaporating Cu metal on the film with thermal evaporation technique. Electrical and photoelectrical property of fabricated devices have been investigated. Current-voltage measurements for Cu/n-Si/Au and Cu/BB/n-Si/Au were performed in the dark and at room temperature. The main electrical parameters of devices were determined using experimental and theoretical methods such as thermionic emission theory, Cheung and modified Norde functions, and obtained results were compared each other. The results show that inserting organic interlayer cause to enhance the electrical properties of the prepared devices such as better rectification behavior, higher barrier height and lower series resistance. Additionally, the frequency dependent capacitance-voltage measurement was carried out at room temperature for devices. It was noticed that the device cannot flow A.C signals at high frequencies, thus exhibit low capacitive property. Furthermore, the current-voltage measurements were carried out under various light illuminations in the range between 30-100 mW/cm2. The obtained results show that reverse bias photocurrent is strongly dependent on incident illumination power. The device also represents a high responsivity for incident light intensities. In addition, it was recognized that the device is capable to detect small amount of light intensity at low reverse voltages.