Proton tabanlı elektrokromik cihaz için nc-Si:H filmlerinin iyon sağlayıcı tabaka olarak optimizasyonu: Nano boyutta kristalleşmelerin optik özellikleri üzerine etkileri

Abstract

Nano kristal silikon ince filmler sahip olduğu olağanüstü elektriksel ve optik özellikler nedeniyle çeşitli optoelektronik cihazlar için odak noktası haline getirmiştir. Genel olarak, hidrojenle modifiye edilmiş nano kristal silikon ultra ince film üretimiyle ilgili en büyük zorluklardan biri biriktirme koşullarının modifikasyonuyla elektronik bant yapısının kontrol edilebilir olmasıdır. Bilindiği gibi elektronik bant yapısı, yarı iletken malzemelerin elektriksel, optik, termodinamik ve optoelektronik özelliklerinin altında yatan çok sayıda temel fiziksel niceliğin anlaşılmasında önemli bir rol oynar. Günümüzde, özellikle bant yapısı mühendisliği açısından bakıldığında; esnek optik bant aralığı, enerji bant aralığı tipinin dolaylıdan direkte değişmesi, Fermi seviyesi konum çeşitliliği, değerlik bandı kenarındaki değerlik elektronik seviyelerinin konfigürasyonlarının araştırılması önemlidir. Bu tezin ana amacı, farklı miktarlarda hidrojen ile katkılandırılmış, kontrollü ve tekrarlanabilir nc Si:H(x) ultra ince filmler geliştirmektir. Hidrojen akış hızının ve biriktirme sonrası ısıl işlemin nano kristal silikon ince filmlerin kristal yapısı, morfolojisi ve elektronik bant yapısı üzerindeki etkisi, x ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), ultraviyole fotoelektron spektroskopisi (UPS), atomik kuvvet mikroskopu (AFM), düşük açılı x ışını kırınımı (GI XRD), spektroskopik elipsometre (SE) ve mikro Raman spektroskopisi gibi ileri teknikler kullanılarak kapsamlı bir şekilde incelendi. Toplanan veriler, bu ince filmlerin ortalama nano kristal boyutlarını, yüzey morfolojisini ve diğer önemli özelliklerini analiz etmek için kullanıldı. Biriktirilen nc Si:H(x) ince filmlerin, özellikle katı hal elektrokromik cihazlarda, iyon sağlayıcı tabaka olarak kullanılması hedeflendi.Nanocrystalline silicon thin films have garnered significant interest as very promising materials for a wide range of applications in different optoelectronic devices. A significant problem in the manufacture of hydrogen-modified nanocrystalline silicon ultrathin films is the ability to regulate and manipulate the electronic band structure of the films by easily adjusting the deposition conditions. The electronic band structure is a key aspect that plays a crucial role in comprehending the various physical properties of semiconducting materials, including electrical, optical, thermodynamic, and optoelectronic characteristics. The current focus in nanostructured Si technologies is on questions regarding the flexible optical bandgap, the modification of energy bandgap type from indirect to direct, the diversity of Fermi level positions in the electronic band structure, and the configurations of valence electronic levels near the valence band edge. These aspects are particularly important for band structure engineering. The main objective of this dissertation is to produce precise and replicable nc Si:H(x) thin films with different flow rate. Advanced techniques such as x ray photoelectron spectroscopy (XPS), ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS), atomic force microscopy (AFM), grazing angle x ray diffraction (GI XRD), spectroscopic ellipsometer (SE), and micro-Raman thoroughly examined the impact of hydrogen flow rate and post-growth thermal treatment on the crystalline structure, morphology, and electronic band structure of nanocrystalline silicon thin films. We examined the average nanocrystallite sizes, surface shape, and other significant properties of these thin films using the measured data. The improved nc-Si:H(x) thin films can be used as a secondary electrode to store protons, which is a significant advancement in technology, particularly for solid-state electrochromic devices.