Green Synthesis of Reduced Graphene Oxide and Device Fabrication for Optoelectronic Applications

Abstract

Grafen, benzersiz özelliklerinden dolayı yeni geliştirilen fotoelekrik aygıtlar için olağanüstü bir malzeme olarak düşünülmektedir. Fakat, grafen tabanlı fotoelektrik cihazların performansı, grafen ve ışık arasındaki etkileşim uzunluğunun atomik kalınlığı nedeniyle sınırlıdır. Bu nedenle, sunulan bu çalışmada, metal-arayüzey-yarıiletken tipi Schottky heteroeklem üretimi için ışık absorpsiyonunu arttırmak adına grafen yerine grafen oksit (GO) ve indirgenmiş grafen oksit (rGO) gibi grafen türevleri kullanıldı. İlk olarak, modifiye Hummer yöntemi ile GO sentezi yapıldı, daha sonra indirgeyici ajan L-askorbik asit (LAA) kullanılarak kimyasal indirgeme yöntemi ile rGO sentezi gerçekleştirildi. Ardından, spin kaplama yöntemi kullanılarak GO/n-Si ve rGO/n-Si heteroeklem aygıtlarının fabrikasyonu yapıldı. Fabrikasyonu gerçekleştirilen aygıtların idealite faktörü (n), bariyer yüksekliği (Φb), doyma akımı (Io), difüzyon potansiyeli (Vd), taşıyıcı konsantrasyonu (Nd), Fermi enerji (Ef) gibi karateristik aygıt parametreleri, akım-voltaj (I-V) ve kapasitans-voltaj (C-V) ölçümleri kullanılarak tayin edildi. Ayrıca, oda sıcaklığında ışık aydınlatması altında rGO/n-Si heteroeklem aygıtının I-V ölçümleri gerçekleştirildi. Elde edilen sonuçlar sentezlenen rGO malzemesinin fotodiyotlar ve fotodedektörler gibi optoelektronik uygulamalarda kullanılabileceğini gösterdi.Grafen, benzersiz özelliklerinden dolayı yeni geliştirilen fotoelekrik aygıtlar için olağanüstü bir malzeme olarak düşünülmektedir. Fakat, grafen tabanlı fotoelektrik cihazların performansı, grafen ve ışık arasındaki etkileşim uzunluğunun atomik kalınlığı nedeniyle sınırlıdır. Bu nedenle, sunulan bu çalışmada, metal-arayüzey-yarıiletken tipi Schottky heteroeklem üretimi için ışık absorpsiyonunu arttırmak adına grafen yerine grafen oksit (GO) ve indirgenmiş grafen oksit (rGO) gibi grafen türevleri kullanılmıştır. İlk olarak, modifiye Hummer yöntemi ile GO sentezi, daha sonra indirgeyici ajan L-askorbik asit (LAA) kullanılarak kimyasal indirgeme yöntemi ile rGO sentezi gerçekleştirildi. Sentezlenen malzemelerin yüzey morfolojileri, kimyasal bileşimleri ve optik özellikleri SEM-EDS ve UV-Vis-NIR spektrofotometre analizleri kullanılarak karakterize edildi. Ardından, spin kaplama yöntemi kullanılarak GO/n-Si ve rGO/n-Si heteroeklem aygıtlarının fabrikasyonu yapıldı. Fabrikasyonu gerçekleştirilen aygıtların karateristik eklem parametreleri akım-voltaj (I-V) ölçümleri kullanılarak tayin edildi. Elde edilen sonuçlar, rGO ince film tabakasının, GO ince film tabakasına kıyasla sahip olduğu geliştirilmiş özellikleri nedeniyle I-V karakteristikleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, rGO/n-Si heteroeklem aygıtının I-V ölçümleri sıcaklığın bir fonksiyonu olarak da incelenmiştir. Sonuçlar, idealite faktörünün (n) ve seri direncin (Rs) artan sıcaklıkla arttığını, bariyer yüksekliğinin (Φb) azaldığını ortaya koymaktadır. Ayrıca, oda sıcaklığında ışık aydınlatması altında rGO/n-Si heteroeklem aygıtının I-V ölçümleri de gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar sentezlenen rGO malzemesinin fotodiyotlar ve fotodedektörler gibi optoelektronik uygulamalarda kullanılabileceğini göstermektedir.