| 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; bant aralıkları 1,12–3,26 eV arasında değişen dört n-tipi alt tabaka (Si, GaAs, InP ve 4H-SiC) üzerinde fiziksel buhar biriktirme (PVD) yöntemiyle hazırlanan p-MoO₃/n-yarıiletken heteroeklemlerini, birbirini tamamlayan üç çalışma ve bu çalışmaların nicel sentezi kapsamında ele almaktadır. Biriktirilen MoO₃ filmleri polikristal ortorombik α-fazında oluşmuş; tüm aygıtlar ortak bir üretim ve karakterizasyon protokolüyle hazırlanarak alt tabakalar arası karşılaştırmaların iç tutarlılığı sağlanmıştır.İlk çalışmada, ortam havasında 200 °C'de uygulanan ısıl tavlamanın elektriksel ve dielektrik özelliklere etkisinin alt tabakaya göre nitelik değiştirdiği belirlenmiştir. Tavlanmamış hâliyle serinin en iyi doğrultucusu olan p-MoO₃/n-4H-SiC ekleminde tavlama; bariyer yüksekliğini 1,531 eV'tan 1,203 eV'a, doğrultma oranını ise 2,02×10⁵'ten 2,12'ye düşürerek doğrultucu karakteri ortadan kaldırmıştır. Buna karşılık aynı işlem p-MoO₃/n-GaAs diyodunda seri direnci yaklaşık %88 azaltıp doğrultma oranını yirmi kat artırarak başarımı iyileştirmiştir. Tavlanmamış p-MoO₃/n-4H-SiC yapısında yürütülen frekansa bağlı dielektrik ölçümler; Debye dışı gevşeme, güçlü arayüz polarizasyonu ve atlama (hopping) baskın AC iletkenliğe işaret etmiştir.İkinci çalışmada, aygıtların yapısal niceliklerini nesnel ve tekrarlanabilir biçimde ölçmek üzere otomatik bir taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntü işleme çerçevesi geliştirilmiştir. Yarı otomatik gümüş kontak çapı ölçümünü, Otsu eşikleme ve bağlı bileşen analiziyle MoO₃ parçacık yoğunluğunun otomatik tespitini ve sistematik düzeltmelerle kesit kalınlığı analizini birleştiren çerçeve; kontak çapını 1,59–1,82 mm, parçacık yoğunluğunu 23–102 parçacık/μm² ve film kalınlığını 37–72 nm aralığında nicelendirmiştir. Manuel ölçümlere göre bağıl fark %4 (Si-Tavlanmış) ile %93 (InP-Tavlanmış) arasında değişmiş, sekiz aygıtın altısında %20'nin altında kalmıştır.Üçüncü çalışmada aynı heteroeklemler, kendinden beslemeli (harici besleme olmadan, Vbias = 0 V çalışan) görünür–UV fotodiyotlar olarak sınanmıştır. En yüksek görünür ışık duyarlılığı tavlanmamış p-MoO₃/n-Si aygıtında (1225 W/m²'de %15000 duyarlılık ve 43,52 dB sinyal–gürültü oranı), en yüksek morötesi özgül algılama ise tavlanmamış p-MoO₃/n-InP aygıtında (395 nm'de D* = 2,44×10⁹ Jones) elde edilmiştir.Üç çalışmanın nicel sentezi, MoO₃ film morfolojisi ile eklem kalitesi arasında doğrudan bir bağıntı ortaya koymuştur: tavlamanın parçacık yoğunluğunda yol açtığı bağıl değişim ile karanlık diyot parametrelerindeki (idealite faktörü, bariyer yüksekliği, seri ve şönt direnç) değişimler arasında, on altı karşılaştırmanın on beşinde işaret uyumu belirlenmiştir. Buna karşılık karanlık eklem kalitesindeki iyileşme fotoyanıt başarımına doğrudan yansımamıştır; p-MoO₃/n-InP aygıtında tavlama idealite faktörünü 5,30'dan 2,21'e düşürmesine karşın 395 nm'deki özgül algılamayı yaklaşık 56 kat azaltmıştır. Bu ayrışma, film morfolojisinin öncelikle karanlık yük taşınımını, arayüzün kimyasal bütünlüğünün ise fotoyanıt başarımını belirlediğini göstermektedir.Bütün olarak bu tez; MoO₃ tabanlı heteroeklem aygıtların güç elektroniği ve optoelektronik uygulamalar için geliştirilmesinde, alt tabaka seçimi ile tavlama stratejisinin birlikte ele alınması gereken ortak bir tasarım ilkesi oluşturduğunu ortaya koymaktadır |
| İlgilizce Özet | This thesis investigates p-MoO₃/n-semiconductor heterojunctions prepared by physical vapor deposition (PVD) on four n-type substrates whose bandgaps span 1.12–3.26 eV (Si, GaAs, InP and 4H-SiC), through three complementary studies and a quantitative synthesis of these studies. The deposited MoO₃ films formed in the polycrystalline orthorhombic α-phase, and all devices were produced under a common fabrication and characterization protocol, ensuring the internal consistency of the substrate-to-substrate comparisons.In the first study, the effect of thermal annealing at 200 °C in ambient air on the electrical and dielectric properties was found to change in character with the substrate. In the p-MoO₃/n-4H-SiC junction, the best rectifier of the series in its as-deposited state, annealing lowered the barrier height from 1.531 eV to 1.203 eV and the rectification ratio from 2.02×10⁵ to 2.12, thereby eliminating the rectifying character. In contrast, the same treatment improved the p-MoO₃/n-GaAs diode by reducing the series resistance by about 88% and raising the rectification ratio roughly twentyfold. Frequency-dependent dielectric measurements on the as-deposited p-MoO₃/n-4H-SiC structure indicated non-Debye relaxation, strong interfacial polarization and hopping-dominated AC conductivity.In the second study, an automated scanning electron microscopy (SEM) image-processing framework was developed to quantify the structural properties of the devices objectively and reproducibly. Combining semi-automated silver contact diameter measurement, automated MoO₃ particle-density detection based on Otsu thresholding and connected-component analysis, and cross-sectional thickness analysis with systematic corrections, the framework yielded contact diameters of 1.59–1.82 mm, particle densities of 23–102 particles/μm² and film thicknesses of 37–72 nm. The relative difference with respect to manual measurements ranged from 4% (Si-annealed) to 93% (InP-annealed), remaining below 20% for six of the eight devices.In the third study, the same heterojunctions were tested as self-powered visible–UV photodiodes operating without external bias (Vbias = 0 V). The highest visible-light photosensitivity was obtained for the as-deposited p-MoO₃/n-Si device (15000% at 1225 W/m² with a 43.52 dB signal-to-noise ratio), whereas the highest ultraviolet specific detectivity was achieved by the as-deposited p-MoO₃/n-InP device (D* = 2.44×10⁹ Jones at 395 nm).The quantitative synthesis of the three studies revealed a direct link between MoO₃ film morphology and junction quality: sign agreement was obtained in fifteen of sixteen comparisons between the annealing-induced relative change in particle density and the corresponding changes in the dark diode parameters (ideality factor, barrier height, series and shunt resistance). However, improvements in dark junction quality did not translate directly into photoresponse performance; in the p-MoO₃/n-InP device, annealing lowered the ideality factor from 5.30 to 2.21 yet reduced the specific detectivity at 395 nm by about 56 times. This decoupling shows that film morphology primarily governs dark charge transport, whereas the chemical integrity of the interface determines the photoresponse performance.Overall, this thesis demonstrates that substrate selection and annealing strategy constitute a joint design principle that must be considered together when developing MoO₃-based heterojunction devices for power-electronic and optoelectronic applications. |