Au/Jelatin:Ag NP/p-Si/Al Hibrit Biyo-Nanokompozit Fotodiyotun Geliştirilmiş Foto tepkisi ve Antibakteriyel Performansı
Öz
Bu çalışmada, çevre dostu ve çok fonksiyonlu bir fotodedektör yapısı olarak Au/Gelatin:Ag NP/p-Si/Al hibrit biyo-nanokompozit fotodiyot başarıyla üretilmiş ve yapısal, optik, elektriksel ve antibakteriyel özellikleri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Ara tabaka olarak kullanılan Gelatin:Ag NP nanokompoziti, doğal jelatinin biyouyumluluğu ve film oluşturma kabiliyeti ile Ag nanopartiküllerin yüksek iletkenlik ve plazmonik özelliklerini bir araya getirmektedir. SEM analizleri Ag nanopartiküllerin jelatin matrisi içerisinde homojen dağıldığını ve ortalama parçacık boyutunun nano ölçekli aralıkta olduğunu göstermiştir. XRD sonuçları, amorf jelatin fazı içerisinde yüzey merkezli kübik yapıya sahip kristalin Ag nanopartiküllerin başarılı şekilde oluştuğunu doğrulamıştır. UV–Vis analizlerinde yaklaşık 410 nm civarında gözlenen yüzey plazmon rezonans bandı Ag nanopartiküllerin varlığını desteklerken, optik bant aralığı 3.21 eV olarak hesaplanmıştır. Fotodiyotun akım-gerilim karakteristikleri, yapının tüm ölçüm koşullarında belirgin doğrultucu davranış sergilediğini göstermiştir. Aydınlatma şiddeti arttıkça ters besleme bölgesindeki fotoakım önemli ölçüde artmış, bu durum cihazın etkin ışık algılama kapasitesini ortaya koymuştur. Termiyonik emisyon modeli ile idealite faktörü ve bariyer yüksekliği, Cheung fonksiyonları ile seri direnç değerleri hesaplanmıştır. İdealite faktörü 1.17’den 3.05’e yükselirken, bariyer yüksekliği 0.87 eV’den 0.62 eV’e düşmüştür. Ayrıca cihaz, yüksek fotoakım, artan duyarlılık ve 1013 Jones mertebesinde özgül dedektiflik değeri sergilemiştir. α=0.97, β=0.42 ve γ=0.36 değerleri, cihazın ışık şiddetine karşı kararlı ve güvenilir tepki verdiğini göstermektedir. Antibakteriyel testlerde, yapı hem Escherichia coli hem de Staphylococcus aureus bakterilerine karşı etkili inhibisyon göstermiştir. En yüksek antibakteriyel etkinlik 365 nm UV ışık altında elde edilmiş, görünür ışık altında da karanlık ortama kıyasla belirgin artış gözlenmiştir. Bu sonuçlar, Ag nanopartiküllerin iyon salınımı, reaktif oksijen türleri oluşumu ve plazmonik fotoaktivasyon mekanizmaları ile açıklanmıştır. Sonuç olarak, Au/Gelatin:Ag NP/p-Si/Al yapısı; yüksek fotodedektör performansı, düşük maliyetli üretim, biyouyumluluk ve ışık destekli antibakteriyel aktivite özelliklerini aynı anda sunan umut verici yeni nesil çok fonksiyonlu bir optoelektronik aygıttır.
Anahtar Kelimeler
Fotodiyot, I-V, Fotoduyarlılık, Dedektiflik, Jelatin:Ag NP
Destekleyen Kurum
Hakkari Üniversitesi
Proje Numarası
Hakkari Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Bütçesi No: FM26BAP1
Etik Beyan
Bu çalışma insan katılımcılar, insan verileri veya hayvan deneyleri içermemektedir. Bu nedenle etik kurul onayı gerekmemiştir. Tüm deneysel işlemler, malzeme bilimi araştırmaları için geçerli kurumsal ve uluslararası bilimsel etik ilkelerine uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Tüm yazarlar makalenin son halini incelemiş, onaylamış ve yayına gönderilmesini kabul etmiştir. Yazarlar bu çalışma ile ilgili herhangi bir etik ihlal bulunmadığını beyan eder.
Teşekkür
Bu çalışmanın diyot üretim aşaması, Hakkari Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından FM26BAP1 numaralı proje kapsamında desteklenmiştir. Yazarlar sağlanan finansal destek için teşekkür eder.
Kaynakça
- Abbas, K., Ji, P., Ameer, M. F., Yang, S. 2025. Enhanced photoresponse and stability in graphene/silicon Schottky photodetectors modified with perovskite nanoparticles. Applied Surface Science, 714, 164485, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.164485
- Agrawal, S., Parveen, A., Firoz, N., Tiwari, A., Bahadur, J. & Verma, K. 2025. Impact of Mg doping on optical, dielectric and antibacterial properties with in vitro analysis of CuAlO2 spherical-flower nanostructures: Modeling and experimental results, Journal of Alloys and Compounds, 1044, 184471, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.184471
- Alarabi, A. A., Çiçek, O., Makara, H., Ünal, F., Zurnacı, M. & Altındal, Ş. 2025. Enhanced sensing capabilities of UV–visible p-n and p-i-n photodiodes using unique layer and contact configurations. Engineering Science and Technology, an International Journal, 62, 101975, https://doi.org/10.1016/j.jestch.2025.101975
- Balasubramani, V., Chandrasekaran, C., Manikandan, V., Le, T. K., Marnadu, R. & Vivek, P. 2021. Upgraded photosensitivity under the influence of Yb doped on V2O5 thin films as an interfacial layer in MIS type Schottky barrier diode as photodiode application. Journal of Solid State Chemistry, 301, 122289, https://doi.org/10.1016/j.jssc.2021.122289
- Chaib, A., Amrani, M. & Benamara, Z. 2026. Optical response of Ag/poly-Si/ITO Schottky diodes under illumination: experiment and 2D modeling. Micro and Nanostructures, 212, 208578, https://doi.org/10.1016/j.micrna.2026.208578
- Çaldıran, Z. Deniz, A. R., Sevim, M. & Aydoğan, Ş. 2021. The heterojunction diode application of mesoporous graphitic carbon nitride (mpg-C3N4). Superlattices and Microstructures, 157, 106991, https://doi.org/10.1016/j.spmi.2021.106991
- Çaldıran, Z. Taşyürek, L. B., Deniz, A. R. & Biber, M. 2025. Design and detailed electrical characterization of MoO3 supported Au/n-Si junction diodes. Micro and Nanostructures, 205, 208217, https://doi.org/10.1016/j.micrna.2025.208217
- Deniz, A. R. 2021. The analyzing of I-V performance of PbO2/n-Si heterojunction in the wide temperature range. Journal of Alloys and Compounds, 888, 161523, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.161523
- Deniz, A. R. Çaldıran, Z., Yılmaz, Ş., Şinoforoğlu, M., Metin, Ö., Meral, K. & Aydoğan, Ş. 2013. The synthesis of the Fe3O4 nanoparticles and the analysis of the current–voltage measurements on Au/Fe3O4/p-Si Schottky contacts in a wide temperature range. Metallurgical and Materials Transactions A, 44, 3809-3814, doi: 10.1007/s11661-013-1716-9
- Dogru, N., Gurakar, S., Serin, T. & Yıldız, A. 2023. Comparative structure, optical and electrical characteristics of sol-gel-deposited In-, Ga-, and Sn-doped CuO thin films. Materialia, 32, 101970, https://doi.org/10.1016/j.mtla.2023.101970