Polivinil alkol arayüzey tabakalı schottky engel diyotların hazırlanması ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, karanlıkta ve farklı ışık koşulları altındaki saf ve grafen (Gr) katkılı PVA organik/polimer arayüzey tabakaların Schottky engel diyotlar (SBDs) üzerindeki fotovoltaik karakteristiklerine etkisinin araştırılması amacıyla Au/n-GaAs (MS) tipi (D1) SBDs, Au/saf PVA/n-GaAs (MPS) tipi (D2) SBDs ve Au/Gr-katkılı PVA/n-GaAs (MPS) tipi (D3) SBDs üretildi. SBDs'in akım-voltaj (I-V) ölçümleri, dört farklı ışık şiddeti/seviyesi (50-200 W) için -2 V ile + 2 V aralığında, 50 mV'luk adımlarla oda sıcaklığında gerçekleştirildi. Diyotlara ait temel elektriksel parametreler (sıfır-beslem potansiyel engel yüksekliği (ФBo), idealite faktörü (n), doyum akımı (Io), seri direnç (Rs) ve kısa devre direnci (Rsh)), akım-voltaj (I-V) verilerinden faydalanılarak termiyonik emisyon (TE), Ohm yasası, Cheung metodu ve modifiye edilmiş Norde metodu kullanılarak karanlık ve farklı ışık şiddetleri/seviyeleri için oda sıcaklığında elde edildi ve birbirleri ile karşılaştırıldı. Araştırmada, organik/polimer arayüzey tabakalı diyotların Rs ve Rsh değerleri karşılaştırıldığında; Gr-katkılı PVA'lı yapı, saf PVA'lı yapıya göre Rs değerini azaltırken Rsh değerini artırdığını, dolayısıyla doğrultma oranını da (RR=IF/IR) artırdığını deneysel sonuçlar gösterdi. Ayrıca farklı hesaplama metotları kullanılarak elde edilen bu parametreler iyi bir uyum içerisindedir. Diğer taraftan MPS (saf ve Gr-katkılı PVA) tipi SBDs için TE modeli ve modifiye edilmiş Norde metodundan elde edilen ΦBo değerleri, MS yapıdan daha küçüktür. Dolayısıyla, organik/polimer arayüzey tabaka olarak PVA (saf ve Gr-katkılı), arayüzey tabakasız yapıya göre engel yüksekliğini (BH) etkin bir şekilde değiştirdiği söylenebilir. Sonuç olarak; Gr-katkılı PVA tabakanın, karanlık ve farklı ışık koşulları altındaki Au/PVA/n-GaAs tipi SBD'in performansını ve kalitesini önemli ölçüde artırdığı aşikardır.

In this study, Au/n-GaAs (MS) type (D1) SBDs, Au/pure PVA/n-GaAs (MPS) type (D2) SBDs and Au/Gr-doped PVA/n-GaAs (MPS) type (D3) SBDs were fabricated to investigate the effects of pure and Gr-doped PVA interfacial layers on photovoltaic characteristics of Schottky barrier diodes (SBDs) under dark and illuminated conditions. The current-voltage (I-V) measurements of SBDs for four different illumination intensities/levels (50-200 W) were performed with 50 mV steps between -2V and +2V, at room temperature. Using thermionic emission (TE) model, Ohm's Law, Cheung's method and Norde's method modified, the basic electrical parameters (i.e. saturation current (Io), ideality factor (n), zero-bias barrier height (ФBo), series resistance (Rs) and shunt resistance (Rsh)) for the diodes were obtained from the current-voltage (I-V) data under dark and illuminated conditions, at room temperature and compared with each other. In this research, experimental results indicate that here is a decrease in Rs value and an increase in Rsh value, therefore an increase in rectifier rate (RR=IF/IR), for Gr-doped PVA structure according to the pure PVA structure, when the values of Rs and Rsh of the diodes with organic/polymer interfacial layer are compared between each other. Also, these parameters obtained from using the different calculation methods are a good consistency among the values. On the other hand, the ΦBo values obtained from TE model and Norde's method modified for the MPS (pure and Gr-doped PVA) type SBDs is lower than the MS type SBDs. Therefore, it can be said that the PVA (pure and Gr-doped) as organic/polymer interfacial layer changed effectively the barrier height (BH) according to without interlayer. Consequently, it is obvious that Gr-doped PVA layer significantly improved the performance and the quality of Au/PVA/n-GaAs structure under dark and illuminated conditions.