Saçtırma Yöntemi ile Üretilen Işığa Duyarlı Germanyum Katkılı Tungsten Oksit Filmin Elektriksel Karakterizasyonu

Mustafa Şükrü Kurt

doi:10.31466/kfbd.1178929

EN TR

Electrical Characterization of Photosensitive Germanium Doped Tungsten Oxide Film Produced by Sputtering Method

Abstract

A p-n type Al/Si/WOx(3.1% Ge) junction was obtained by growing 3.1% Ge doped WOx layer on an Al contacted p-type Si substrate using magnetron sputtering method. The results of SEM and EDS analysis show that the surface has a smooth and homogeneous structure and consists of 93.7% W, 3.1% Ge and 3.3% O, respectively. In order to examine the electrical properties, Ag dot contacts were deposited on the produced active layer and Al/Si/WOx(3.1%Ge)/Ag structure was obtained. Diode parameters (series resistance, barrier height, diode ideality factor, reverse saturation current) were investigated by making I-V measurements in the ±4V potential range under dark and different light intensities of the produced heterojunction. It was observed that the diode ideality factor and series resistance have values between 3.7-5.68 and 0-20Ω, respectively, and the barrier height have values between 0.12-0.18 eV, and the reverse saturation current changed depending on the light intensity. The heterojunction demonstrated standart photodiode behaviour, with a maximum fill factor value of 0.2660 under 60mW/cm2 light intensity.

Keywords

Tungsten Oxide-Germanium, Metal-oxide semiconductor, Photodiode, p-n type junction, I-V

Saçtırma Yöntemi ile Üretilen Işığa Duyarlı Germanyum Katkılı Tungsten Oksit Filmin Elektriksel Karakterizasyonu

Abstract

Magnetron saçtırma yöntemi kullanılarak Al kontaklı p-tipi Si altlık üzerine %3.1 Ge katkılı WOx katmanı büyütülerek p-n tipi Al/Si/WOx(%3.1Ge) eklemi elde edilmiştir. SEM ve EDS analizi sonuçları yüzeyin pürüzsüz ve homojen bir yapıya sahip olduğunu ve sırasıyla %93.7 W, 3.1% Ge ve 3.3% O oranlarından oluştuğunu göstermektedir. Elektriksel özelliklerin incelenebilmesi için üretilen aktif tabaka üzerine Ag nokta kontaklar atılarak sonuçta Al/Si/WOx(%3.1Ge)/Ag yapısı elde edilmiştir. Üretilen heteroeklemin karanlık ve değişik ışık şiddetleri altında ±4V potansiyel aralığında I-V ölçümleri yapılarak diyot parametreleri (seri direnç, engel yüksekliği, diyot idealite faktörü, ters doyum akımı) incelenmiştir. Diyot idealite faktörünün ve seri direncin sırasıyla 3.7-5.68 ve 0-20Ω arasında, engel yüksekliğinin ise 0.12-0.18 eV arasında değerler aldığı ve ters doyma akımının ışık şiddetine bağlı değişim gösterdiği saptanmıştır. Heteroeklemi'nin tipik fotodiyot davranışı gösterdiği ve 60mW/cm2 ışık şiddeti altında maksimum doldurma faktörü değerinin 0.2660 olduğu belirlendi.

Keywords

Tungsten Oksit-Germanyum, Metal-oksit yarıiletken, Fotodiyot, p-n tip eklem, I-V, Tungsten Oxide-Germanium, Metal-oxide semiconductor, Photodiode, p-n type junction

References

Aktas, S. (2022). Electrical characterisation of photosensitive Si/W–Ge oxide composite heterojunction. Optical Materials, 132, 112839.
Aktas, S., ve Ünal, F. (2022). Metal Oksit ve Organik Bazlı Çoklu Heteroeklemin Yapısal ve Elektriksel Özelliklerinin İncelenmesi. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, 12(1), 508-520.
Al-Ta’ii, H. M. J., Periasamy, V., ve Amin, Y. M. (2016). Electronic Characterization of Au/DNA/ITO Metal-Semiconductor-Metal Diode and Its Application as a Radiation Sensor. PloS One, 11(1), e0145423.
Aldemir, D. A., Kökce, A., ve Özdemir, A. F. (2017). Schottky diyot parametrelerini belirlemede kullanılan metotların geniş bir sıcaklık aralığı için kıyaslanması. SAÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21(6), 1286-1292
Amarsingh Bhabu, K., Kalpana Devi, A., Theerthagiri, J., Madhavan, J., Balu, T., ve Rajasekaran, T. R. (2017). Tungsten doped titanium dioxide as a photoanode for dye sensitized solar cells. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 28(4), 3428-3439
Arunadevi, R., Kavitha, B., Rajarajan, M., ve Suganthi, A. (2019). Sonochemical synthesis and high-efficient solar-light-driven photocatalytic activity of novel cobalt and manganese codoped tungsten oxide nanoparticles. Chemical Physics Letters. 715, 252-262.
Aslan, N., Kurt, M. Ş., ve Mehmet Koç, M. (2022). Morpho-structural and optoelectronic properties of diamond like carbon–germanium (DLC-Ge) composite thin films produced by magnetron sputtering. Optical Materials, 126, 112229.
Bartesaghi, D., Pérez, I. D. C., Kniepert, J., Roland, S., Turbiez, M., Neher, D., ve Koster, L. J. A. (2015). Competition between recombination and extraction of free charges determines the fill factor of organic solar cells. Nature Communications, 6(1), 7083.
Bourdin, Gaudon, Weill, Duttine, Gayot, Messaddeq, ve Cardinal. (2019). Nanoparticles (NPs) of WO3-x Compounds by Polyol Route with Enhanced Photochromic Properties. Nanomaterials, 9(11), 1555.
Çetinkaya, H. G., Tecimer, H., Uslu, H., ve Altındal, Ş. (2013). Photovoltaic characteristics of Au/PVA (Bi-doped)/n-Si Schottky barrier diodes (SBDs) at various temperatures. Current Applied Physics, 13(6), 1150-1156.

Cheung, S. K., ve Cheung, N. W. (1986). Extraction of Schottky diode parameters from forward current-voltage characteristics. Applied Physics Letters. 49, 85.
Dastan, D. (2017). Effect of preparation methods on the properties of titania nanoparticles: solvothermal versus sol–gel. Applied Physics A: Materials Science and Processing. 123, 699.
Deb, S. K. (2008). Opportunities and challenges in science and technology of WO3 for electrochromic and related applications. Solar Energy Materials and Solar Cells. 9(2), 245-258
Farag, A. A. M. (2009). Structure and transport mechanisms of Si/porous Si n–p junctions prepared by liquid phase epitaxy. Applied Surface Science, 255(6), 3493-3498.
Hassel, A. W., Milenkovic, S., ve Smith, A. J. (2010). Large scale synthesis of single crystalline tungsten nanowires with extreme aspect ratios. Physica Status Solidi (A) Applications and Materials Science. 207(4), 858-863.
Hoel, A., Reyes, L. F., Heszler, P., Lantto, V., ve Granqvist, C. G. (2004). Nanomaterials for environmental applications: novel WO3-based gas sensors made by advanced gas deposition. Current Applied Physics, 4(5), 547-553.
Jafari, A., Alam, M. H., Dastan, D., Ziakhodadadian, S., Shi, Z., Garmestani, H., Weidenbach, A. S., ve Ţălu, Ş. (2019). Statistical, morphological, and corrosion behavior of PECVD derived cobalt oxide thin films. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 30, 21185-21198
Jiang, Z., Yu, Y., Wang, Y., Zhou, D., Deng, W., ve Zhang, X. (2021). High-power Si-Ge photodiode assisted by doping regulation. Optics Express, 29(5), 7389.
Kampen, T. U., Park, S., ve Zahn, D. R. T. (2002). Barrier height engineering of Ag/GaAs(100) Schottky contacts by a thin organic interlayer. Applied Surface Science, 190(1-4), 461-466.
Khare, C., Sliozberg, K., Meyer, R., Savan, A., Schuhmann, W., ve Ludwig, A. (2013). Layered WO3/TiO2 nanostructures with enhanced photocurrent densities. International Journal of Hydrogen Energy, 38(36), 15954-15964.
Koltypin, Y., Nikitenko, S. I., ve Gedanken, A. (2002). The sonochemical preparation of tungsten oxide nanoparticles. Journal of Materials Chemistry. 12, 1107-1110.
Kurt, M. S., Aktas, S., Unal, F., Kabaer, M. (2022). Optical and Electrical Characterization of a ZnO/Coronene-Based Hybrid Heterojunction Photodiode. Journal of Electronic Materials. 1-12
Michel, J., Liu, J., ve Kimerling, L. C. (2010). High-performance Ge-on-Si photodetectors. Nature Photonics. 4(8), 527-534.
Nimittrakoolchai, O. U., ve Supothina, S. (2008). High-yield precipitation synthesis of tungsten oxide platelet particle and its ethylene gas-sensing characteristic. Materials Chemistry and Physics. 112(1), 270-274.
Qiu, H., Lu, Y. F., ve Mai, Z. H. (2002). Electrochromic writing and erasing on tungsten oxide films in air by scanning tunneling microscopy. Journal of Applied Physics. 91, 440.
Reddy, V. R., Prasad, C. V., Janardhanam, V., ve Choi, C.-J. (2021). Electrical and carrier transport properties of Ti/α-amylase/p-InP MPS junction with a α-amylase polymer interlayer. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 32(6), 8092-8105.
Shetty, A., Roul, B., Mukundan, S., Mohan, L., Chandan, G., Vinoy, K. J., ve Krupanidhi, S. B. (2015). Temperature dependent electrical characterisation of Pt/HfO 2 /n-GaN metal-insulator-semiconductor (MIS) Schottky diodes. AIP Advances, 5(9), 097103.
Sliozberg, K., Schäfer, D., Erichsen, T., Meyer, R., Khare, C., Ludwig, A., ve Schuhmann, W. (2015). High-Throughput Screening of Thin-Film Semiconductor Material Libraries I: System Development and Case Study for Ti-W-O. ChemSusChem. 8(7), 1270-1278.
Tan, G.-L., Tang, D., Dastan, D., Jafari, A., Silva, J. P. B., ve Yin, X.-T. (2021). Effect of heat treatment on electrical and surface properties of tungsten oxide thin films grown by HFCVD technique. Materials Science in Semiconductor Processing, 122, 105506.
Terohid, S. A. A., Heidari, S., Jafari, A., ve Asgary, S. (2018). Effect of growth time on structural, morphological and electrical properties of tungsten oxide nanowire. Applied Physics A, 124(8), 567.
Tung, R. T. (1992). Electron transport at metal-semiconductor interfaces: General theory. Physical Review B. 45, 13509.
Ünal, F. (2022). Investigation of Diode Parameters of Photoconductive and Photovoltaic p-Type Si/Ge-Doped WOx Heterojunction. Journal of Electronic Materials, 1-13.
Ünal, F. (2021). Investigation Of Some Optical And Electrical Properties Of InSe Thin Film, a Window Layer for Photovoltaic Cell Growth on Glass/GaSe Substrate by M-CBD Method. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi. 11(1), 297-306.
Ünal, F., ve Aktaş, S. (2022). Işığa Duyarlı n-tipi Katkılı Metal oksit/p-tipi Si Heteroekleminin Elektriksel Karakterizasyonu. Journal of the Institute of Science and Technology, 12(3), 1506-1517.
Ünal, F., Demir, S., ve Mammadov, H. (2021). Structural, surface morphological, optical and electrical properties of InxSey thin films, an absorber layer for photovoltaic cells fabricated by M-CBD method using different variables. Turkish Journal of Chemistry. 45(6), 1761-1773.
Unal, F., Kurt, M. S., ve Durdu, S. (2022). Investigation of the effect of light on the electrical parameters of Si/TiO2 heterojunctions produced by anodic oxidation on p-type Si wafer. Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 33, 15834-15847.
Zheng, H., Ou, J. Z., Strano, M. S., Kaner, R. B., Mitchell, A., ve Kalantar-zadeh, K. (2011). Nanostructured Tungsten Oxide - Properties, Synthesis, and Applications. Advanced Functional Materials, 21(12), 2175-2196.
Zurnacı, M., Ünal, F., Demir, S., Gür, M., Şener, N., ve Şener, İ. (2021). Synthesis of a new 1,3,4-thiadiazole-substituted phenanthroimidazole derivative, its growth on glass/ITO as a thin film and analysis of some surface and optoelectronic properties. New Journal of Chemistry, 45(48), 22678-22690.

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

-

Journal Section

Research Article

Authors

Mustafa Şükrü Kurt ^*
0000-0002-2639-1850
Türkiye

Publication Date

December 15, 2022

Submission Date

September 22, 2022

Acceptance Date

November 18, 2022

Published in Issue

Year 2022 Volume: 12 Number: 2

DOI

https://doi.org/10.31466/kfbd.1178929

IZ

https://izlik.org/JA39AE72WH

APA

Kurt, M. Ş. (2022). Saçtırma Yöntemi ile Üretilen Işığa Duyarlı Germanyum Katkılı Tungsten Oksit Filmin Elektriksel Karakterizasyonu. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, 12(2), 964-975. https://doi.org/10.31466/kfbd.1178929

AMA

1.Kurt MŞ. Saçtırma Yöntemi ile Üretilen Işığa Duyarlı Germanyum Katkılı Tungsten Oksit Filmin Elektriksel Karakterizasyonu. KFBD. 2022;12(2):964-975. doi:10.31466/kfbd.1178929

Chicago

Kurt, Mustafa Şükrü. 2022. “Saçtırma Yöntemi Ile Üretilen Işığa Duyarlı Germanyum Katkılı Tungsten Oksit Filmin Elektriksel Karakterizasyonu”. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi 12 (2): 964-75. https://doi.org/10.31466/kfbd.1178929.

EndNote

Kurt MŞ (December 1, 2022) Saçtırma Yöntemi ile Üretilen Işığa Duyarlı Germanyum Katkılı Tungsten Oksit Filmin Elektriksel Karakterizasyonu. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi 12 2 964–975.

IEEE

[1]M. Ş. Kurt, “Saçtırma Yöntemi ile Üretilen Işığa Duyarlı Germanyum Katkılı Tungsten Oksit Filmin Elektriksel Karakterizasyonu”, KFBD, vol. 12, no. 2, pp. 964–975, Dec. 2022, doi: 10.31466/kfbd.1178929.

ISNAD

Kurt, Mustafa Şükrü. “Saçtırma Yöntemi Ile Üretilen Işığa Duyarlı Germanyum Katkılı Tungsten Oksit Filmin Elektriksel Karakterizasyonu”. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi 12/2 (December 1, 2022): 964-975. https://doi.org/10.31466/kfbd.1178929.

JAMA

1.Kurt MŞ. Saçtırma Yöntemi ile Üretilen Işığa Duyarlı Germanyum Katkılı Tungsten Oksit Filmin Elektriksel Karakterizasyonu. KFBD. 2022;12:964–975.

MLA

Kurt, Mustafa Şükrü. “Saçtırma Yöntemi Ile Üretilen Işığa Duyarlı Germanyum Katkılı Tungsten Oksit Filmin Elektriksel Karakterizasyonu”. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, vol. 12, no. 2, Dec. 2022, pp. 964-75, doi:10.31466/kfbd.1178929.

Vancouver

1.Mustafa Şükrü Kurt. Saçtırma Yöntemi ile Üretilen Işığa Duyarlı Germanyum Katkılı Tungsten Oksit Filmin Elektriksel Karakterizasyonu. KFBD. 2022 Dec. 1;12(2):964-75. doi:10.31466/kfbd.1178929

The published articles in The Black Sea Journal of Sciences are licensed under Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International

Electrical Characterization of Photosensitive Germanium Doped Tungsten Oxide Film Produced by Sputtering Method

Abstract

Keywords

Saçtırma Yöntemi ile Üretilen Işığa Duyarlı Germanyum Katkılı Tungsten Oksit Filmin Elektriksel Karakterizasyonu

Abstract

Keywords

References

Details

Primary Language

Subjects

Journal Section

Authors

Publication Date

Submission Date

Acceptance Date

Published in Issue

DOI

IZ

Cite