Metal/oksit tabaka/silisyum yarıiletken/metal yapıların elektriksel özellikleri
Electrical properties of metal/oxide layer/silicon semiconductor/metal structures
Yazar: MUHAMMED CAN ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. ABDULMECİT TURUT
İstanbul Medeniyet Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Elektriksel özellikler = Electrical properties ; Metal oksit silisyum = Metal oxide silicon ; Metal oksitler = Metal oxides ; Yarı iletkenler = Semiconductors ; İletkenler = Conductors

Özet:
Deneysel çalışmada kullanılacak Al/SiO2/p-Si/Al metal/oksit tabaka/yarıiletken/metal (MOS) veya metal/yakıtkan tabaka/yarıiletken/metal (MIS) yapıların fabrikasyonu için, (100) yönelimli 300m kalınlığında ve 1-10 Ω-cm özdireçli p-tipi Si yarıiletkeni taban malzeme olarak kullanılmıştır. Omik kontak ve Schottky doğrultucu kontaklar alüminyum metaliyle oluşturulmuştur. Bu yapıların temel akım-potansiyel farkı (I-V) elektriksel parametreleri sıcaklığa bağlı 120-320 K aralığında ve frekansa bağlı olarak kapasitans-potansiyel farkı (C-V) ölçümleri 100-1000 kHz aralığında incelenmiştir. Oda sıcaklığı I-V grafiğinden potansiyel engel yüksekliği (PEY) 0,73 eV ve idealite faktörü n, 2,36 olarak bulundu. Sıcaklık artışıyla I-V grafiğinden hesaplanan idealite faktörü azalmış ve PEY ise lineer bir davranış göstererek artmıştır. Bu, PEY 'in yanal inhomojenliğine ve arayüzey oksit tabakasının varlığına bağlanmıştır. C-V ölçümlerinden engel yüksekliği, frekans arttıkça artmıştır. Bu artış, artan frekansla arayüzey hal yoğunluğunun azalmasına atfedilmiştir. Akım iletimi ile ilgili olarak termoiyonik emisyon (TE) ve Cheung-Cheung metoduyla seri direç ve shunt direnç (paralel direnç) değerleri bulubnuştur. I-V ölçümlerinden elde edilen sonuçların ikili Gauss dağılımı verdiği görüldü ve ortalama PEY ve standart sapma değerleri bu dağılımdan belirlenmiştir. Frekansa bağlı ölçümler kullanılarak elde edilmiş C-2-V grafiği ile difüzyon potansiyeli VD0, taşıyıcı yoğunluğu NA gibi parametreler hesaplanmıştır. MIS kontağın dielektrik özellikleri ve elektrik iletkenliği C-V ve G-V ölçümleri kullanılarak gerekli grafikler çizilmiş ve açıklamalar yapılmıştır. Deneysel sonuçlara göre, frekans ve potansiyel farkına bağlı olarak kompleks dielektrik sabitinin gerçek ve sanal kısımları ve loss tanjant, elektrik modülüsün gerçek M' ve sanal M'' kısımları ve ac elektriksel öziletkenliğin değerleri ve grafikleri çizilmiş ve yorumları yapılmıştır.

Abstract:
The p-type Si semiconductors with (100) orientation and 300m tickness and 1-10 Ohm-cm resistivity are used as substrate to produce Al/SiO2/p-Si/Al metal/oxide layer/semiconductor/metal (MOS) or MIS structures. Omic and Schottky contacts are formed with aluminum metal. The I-V electrical parameters of these structures are measured in the 120-320 K range and the capacitance-potential difference (C-V) measurements depending on the frequency are made in the 100-1000 kHz range, Potential barrier height (PBH) 0,73 eV and ideality factor n = 2,36 are calculated from the room temperature I-V curve. With the increase in temperature, n has decreased and PBH has increased linearly. This is attributed to the lateral inhomogeneity of the PBHs and the presence of the interface oxide layer. The PBH from the C-V measurements has increased as the frequency increases. This increase has been attributed to the decrease in the interfacial state density with increasing frequency. Thermic emission (TE) and Cheung-Cheung method have been used to find the series resistance and shunt resistance (parallel resistance) values. The results obtained from the I-V measurements have been found to give dual Gaussian distribution (GD). The mean PBH and standard deviation values were determined from this distribution model. Parameters such as diffusion potential VD0 and carrier density NA have been calculated by using frequency-dependent reverse bias C-2-V curves. Dielectric properties and electrical conductivity of MIS structure have been determined from C-V and G-V measurements. According to the experimental results, the real and imaginary parts of the complex dielectric constant and the loss tangent, the real M' and imaginary M'' parts of the electrical modulus and the ac electrical conductivity, depending on the frequency and potential difference have been calculated; and the required explanations on graph have been made.