Au/P3HT:PCBM:F4-TCNQ/n-Si schottky bariyer diyotların oda sıcaklığında elektriksel karakterizasyonu

Abstract

Bu tezde, Au/poly(3-hexylthiophene):[6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester:2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane/n-tipi silisyum (Au/P3HT:PCBM:F4-TCNQ/n-Si) metal-polimer-yarıiletken (MPY) Schottky barrier diyot (SBD) yapılarının temel elektriksel parametreleri F4-TCNQ katkı konsantrasyonunun (%0, %1 ve %2) etkisine bağlı olarak incelenmiştir. İdealite faktörü (n), bariyer yüksekliği (ФB0), seri direnç (Rs), şant direnç (Rsh) ve arayüzey durum yoğunluğu (Nss) gibi temel elektriksel parametreler, F4-TCNQ konsantrasyonuna bağlı olarak, karanlıkta ve oda sıcaklığındaki ileri ve ters beslem akım-voltaj (I-V) karakteristiklerinden tanımlanmıştır. Bununla birlikte, karanlıkta ve oda sıcaklığındaki kapasitans-voltaj (C-V) ve iletkenlik-voltaj (G/ω-V) ölçümleri, %1 F4-TCNQ katkı konsantrasyonu kullanılmış Au/P3HT:PCBM:F4-TCNQ/n-Si (MPY) SBD için 10kHz - 2MHz frekans aralığında ve -7,0V - +7,0V aralığında çalışılmıştır. C-V ve G/ω-V ölçümlerin sonucunda, difüzyon potansiyeli (VD), Fermi enerji seviyesi (EF), tüketim tabakasının genişliği (WD), engel yüksekliği (ΦB), donör taşıyıcı yoğunluğu (ND), maksimum elektrik alan (Em), Schottky engel alçalması (ΔΦB) ve arayüzey durum yoğunluğu (Nss) gibi temel elektriksel parametreler frekansa bağlı olarak elde edilmiştir. Bu sonuçlar, literatürde yapılmış diğer çalışmalarla karşılaştırılarak bulunan değerlerin literatürle uyumluluğu incelenmiştir. Bütün bu sonuçlar göstermiştir ki en ideal elektriksel parametreler %1 F4-TCNQ katkı konsantrasyonu kullanılan diyot için elde edilmiştir. Diğer yandan, %1 F4-TCNQ katkılama ile karşılaştırıldığında, elektronlar ve deşiklerin oluşumundaki düzensizlik ve katkı kaynaklı uygunsuzluk dolayısıyla yüksek F4-TCNQ katkılama (%2) durumu ideal diyot değerlerinden uzaktır. Bu sonuçlar, MPY yapısının elektriksel özelliklerinin F4-TCNQ katkılanmasına ve P3HT:PCBM:F4-TCNQ arayüzey organik tabakasının katkılama konsantrasyonuna önemli ölçüde bağlı olduğunu göstermiştir. Ayrıca P3HT:PCBM:F4-TCNQ arayüzey organik tabakasındaki düşük F4-TCNQ katkı konsantrasyonu (%1), Au/P3HT:PCBM:F4-TCNQ/n-Si (MPY) SBD yapısının elektriksel özelliklerini belirgin bir biçimde geliştirerek yüksek kaliteli elektronik ve optoelektronik cihazlar üretilebilmesine olanak sağlayacaktır.

In this thesis, the main electrical parameters of the gold/poly(3-hexylthiophene):[6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester:2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane/n-type silicon (Au/P3HT:PCBM:F4-TCNQ/n-Si) metal-polymer-semiconductor (MPS) Schottky barrier diodes (SBDs) were investigated in terms of the effects of F4-TCNQ concentration (0%, 1% and 2%). The electrical parameters, such as ideality factor (n), barrier height (ΦB0), series resistance (Rs), shunt resistance (Rsh), and density of interface states (Nss) were determined from the forward and reverse bias current-voltage (I-V) characteristics in the dark and at room temperature, which were studied dependent to F4-TCNQ concentration. Moreover, capacitance-voltage (C-V) and conductance-voltage (G/ω-V) analysis in the dark at room temperature were studied for 1% F4-TCNQ doping concentration used Au/P3HT:PCBM:F4-TCNQ/n-Si (MPS) SBD in the frequency range of 10kHz - 2MHz and between -7.0V - +7.0V. As a result of C-V and G/ω-V measurements, the basic electrical parameters, such as diffusion potential (VD), Fermi energy level (EF), depletion layer width (WD), barrier height (ΦB), density of donor atoms (ND), maximum electrical field (Em), Schottky barrier lowering (ΔΦB) and Nss, were obtained depending on frequency. All these results have compaired and investigated with order study of literature. The results show that the most ideal values of electrical parameters were obtained for 1% F4-TCNQ used diode. On the other hand, the hard doping (2%) becomes far away from the ideal diode values due to the unbalanced generation of holes/electrons and doping-induced disproportion when compared by 1% F4-TCNQ doping. These results show that the electrical properties of MPS diodes strongly depend on the F4-TCNQ doping and doping concentration of interfacial P3HT:PCBM:F4-TCNQ organic layer. Moreover, the soft F4-TCNQ doping concentration (1%) in P3HT:PCBM:F4-TCNQ organic layer significantly improves the electrical characteristics of the Au/P3HT:PCBM:F4-TCNQ/n-Si (MPS) SBDs, which enables the fabrication of high-quality electronic and optoelectronic devices.