| Tez Türü | Doktora |
| Ülke | Türkiye |
| Üniversite | Kastamonu Üniversitesi |
| Enstitü | Fen Bilimleri Enstitüsü |
| Anabilim Dalı | Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Anabilim Dalı (Disiplinlerarası) |
| Tez Onay Yılı | 2026 |
| Öğrenci Adı ve Soyadı | Hasan MAKARA |
| Tez Danışmanı | DOÇ. DR. OSMAN ÇİÇEK |
| Türkçe Özet | Bu tez, geniş bant aralıklı dört farklı n-tipi alt tabaka (Si, GaAs, InP ve SiC) üzerinde fiziksel buhar biriktirme (PVD) yöntemiyle hazırlanan p-MoO₃/n-yarı iletken heteroeklemlerini, birbirini tamamlayan üç çalışma kapsamında ele almaktadır. Biriktirilen MoO₃ filmleri, polikristal ortorombik α-fazında oluşmuştur.İlk çalışmada, ortam havası koşullarında 200 °C'de uygulanan ısıl tavlamanın elektriksel ve dielektrik özellikler üzerindeki alt tabakaya bağlı etkisi incelenmiştir. Akım–voltaj ölçümleri belirgin bir alt tabakaya seçici tavlama etkisi ortaya koymuş; kusur pasivasyonu ve stokiyometrik ayarlama yoluyla zayıf bir p-MoO₃/n-SiC heteroeklemi üstün bir diyota dönüşmüş (seri direncin giderilmesi ve bariyer yüksekliğinin 1,531 eV'tan 1,203 eV'a düşmesi), buna karşılık p-MoO₃/n-GaAs diyot karakteristikleri bozulmuştur. Frekansa bağlı dielektrik çalışmalar, Debye dışı gevşeme ve atlama (hopping) baskın AC iletkenliğiyle güçlü arayüz polarizasyonuna işaret etmiştir.İkinci çalışmada, bu cihazların hassas metrolojisi için taramalı elektron mikroskobu (SEM) tabanlı otomatik bir görüntü işleme çerçevesi geliştirilmiştir. Çerçeve; gümüş kontak çapının yarı otomatik ölçümü, Otsu eşikleme ve bağlı bileşen analiziyle MoO₃ parçacık yoğunluğunun otomatik tespiti ve sistematik düzeltmelerle kesit tabaka kalınlığı ölçümü olmak üzere üç tekniği içermektedir. Yöntem; tutarlı kontak geometrileri (1,59–1,82 mm), alt tabakaya bağlı parçacık yoğunlukları (23,33–102,32 parçacık/μm²) ve tabaka kalınlıkları (37,48–72,41 nm) elde etmiş, silisyum alt tabakalarda yüksek korelasyon (%4,6–9,8 sapma) ve tavlamaya bağlı belirgin morfolojik tepkiler ortaya koymuştur.Üçüncü çalışmada, aynı heteroeklemlere dayalı kendi kendine beslenen görünür–UV fotodiyotları üretilmiştir. I–V karakteristikleri karanlık, görünür ışık (650–1300 W/m²) ve UV (365 ve 395 nm) aydınlatması altında ölçülmüş; elektronik parametreler termiyonik emisyon yaklaşımı ve Ohm yasasıyla, fotodedektör başarımları (PS, R, D*, SNR) ise Vbias = 0 V'da değerlendirilmiştir. Tavlanmamış p-MoO₃/n-Si cihazı 1225 W/m²'de %15000 ışık duyarlılığı (PS) ve 43,52 dB SNR sergilerken, en yüksek UV özgül algılaması 395 nm'de p-MoO₃/n-InP cihazında (D* = 8,70×10⁹ Jones) elde edilmiştir.Bütün olarak bu tez; MoO₃ tabanlı heteroeklem aygıtlarının güç elektroniği ve optoelektronik uygulamalar için geliştirilmesinde, alt tabakaya bağlı bir tasarım ve tavlama yaklaşımının önemini ortaya koymaktadır. |
| İlgilizce Özet | This thesis investigates p-MoO₃/n-semiconductor heterojunctions prepared by physical vapor deposition (PVD) on four different wide-bandgap n-type substrates (Si, GaAs, InP, and SiC) through three complementary studies. The deposited MoO₃ films formed in the polycrystalline orthorhombic α-phase.In the first study, the substrate-dependent effect of thermal annealing at 200 °C in ambient air on the electrical and dielectric properties was examined. Current–voltage measurements revealed a distinct substrate-selective annealing effect; through defect passivation and stoichiometric tuning, a poor p-MoO₃/n-SiC heterojunction was transformed into a superior diode (elimination of the series resistance and a reduction in barrier height from 1.531 to 1.203 eV), whereas the p-MoO₃/n-GaAs diode characteristics deteriorated. Frequency-dependent dielectric studies indicated strong interfacial polarization with non-Debye relaxation and hopping-dominated AC conductivity.In the second study, an automated scanning electron microscopy (SEM) based image-processing framework was developed for the precision metrology of these devices. The framework comprises three techniques: semi-automated measurement of the silver contact diameter, automated detection of the MoO₃ particle density via Otsu thresholding and connected-component analysis, and cross-sectional layer-thickness measurement with systematic corrections. The method yielded consistent contact geometries (1.59–1.82 mm), substrate-dependent particle densities (23.33–102.32 particles/μm²), and layer thicknesses (37.48–72.41 nm), revealing a strong correlation for silicon substrates (4.6–9.8% deviation) and distinct annealing-induced morphological responses.In the third study, self-powered visible–UV photodiodes based on the same heterojunctions were fabricated. The I–V characteristics were measured under dark, visible-light (650–1300 W/m²), and UV (365 and 395 nm) illumination; the electronic parameters were extracted using the thermionic emission approach and Ohm's law, while the photodetector figures of merit (PS, R, D*, SNR) were evaluated at Vbias = 0 V. The unannealed p-MoO₃/n-Si device exhibited a photosensitivity (PS) of 15000% and an SNR of 43.52 dB at 1225 W/m², while the highest UV specific detectivity was obtained for the p-MoO₃/n-InP device at 395 nm (D* = 8.70×10⁹ Jones).Overall, this thesis demonstrates the importance of a substrate-dependent design and annealing approach for developing MoO₃-based heterojunction devices for power-electronic and optoelectronic applications. |