Metal-polimer-yarıiletken (MPS) yapıların elektrik ve dielektrik özelliklerinin geniş frekans aralığında incelenmesi
The investigation of electrical and dielectric properties of metal-polymer-semiconductor (MPS) structures in the wide frequency range
Yazar: AHMET KAYA
Danışman: PROF. DR. ŞEMSETTİN ALTINDAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Metal-polimer-yarıiletken (Au/PVC+TCNQ/p-Si) yapıların, arayüzey durumları Nss, onların durulma zamanı ? ve yakalanma tesir kesiti ?p enerjinin fonksiyonu olarak, yüksek-düşük frekans (CHF-CLF) metodu ve kondüktans metodu kullanılarak araştırıldı. Au/PVC+TCNQ/p-Si yapının kapasitans (C) değerleri metal/yarıiletken M/S arayüzü arayüzey durumları (Nss) 'in varlığı nedeniyle azalan frekansla neredeyse katlanarak artmaktadır. Arayüzey durumlarının enerjiye bağlı dağılım profilleri (Nss) ve onların zaman sabitleri (???değerleri (0.053-Ev)-(0.785-Ev) eV enrji aralığında, yüzey potansiyeli göz önüne alınarak ve uygulanan ön gerilimin fonksiyonu olarak elde edildi. Nss değerleri 3.88x1012-3.24x1012 eV-1cm-2 aralığında değişim gösterdi. Benzer enerji aralığında ? değerleri 5.73x10-5 - 1.58x10-4 s aralığında değişmektedir. Au/PVC+TCNQ/p-Si (MPS) yapı için CHF-CLF ve kondüktans yöntemleri ile elde edilen (Nss) lerin ortalama değerleri birbiri ile iyi bir uyum içindedir. Sonuç olarak, Nss'in ortalama değeri 1012 eV-1cm-2 olarak bulundu ve bu değer bir elektronik cihaz için çok uygun değerdir. Dielektrik sabiti (??, ???), kayıp tanjant (tan?), elektrik modülünün gerçek ve sanal kısımları (M?, M??) ve ?ac değerleri geniş bir frekans 1 kHz-5MHz aralığında ve oda sıcaklığında araştırılmıştır. Tüm bu değerler düşük frekanslarda özellikle terslenim ve tükenim bölgelerinde kuvetli bir şekilde frekans ve gerilimin fonksiyonu olarak bulundu bu davranış M/S arayüzeyindeki Nss yoğunluğunluna ve arayüzey polarizasyonuna bağlanmaktadır.   Frekans arttıkça ?' ve ?'' değerlerindeki azalmasının nedeni, frekans artarken ara-yüz dipoller kendilerini alternatif alan doğrultusunda yönlendirmek için daha az bir zaman sahip gerçeği ile açıklanabilir. Frekansa bağlı olarak, elektrik modülünün gerçel kısmı (M') frekans arttıkça artıp ve maksimum ulaşırken, elektrik modülü sanal kısmı (M'') bir pik göstermektedir ve pik pozisyonuna artan gerilimle, daha yüksek frekansa bölgesine kayar. 0.5V?ta, ln (?ac)?nin ln(w)?ya karşı çizilen grafiğinde sırasıyla, düşük, orta ve yüksek frekans bölgesinde (I, II ve III) üç farklı lineer bölge vardır. ln (?ac)?nin ln(w)?ya karşı bu davranışı, oda sıcaklığında üç farklı iletim mekanizmasının olduğunu göstermiştir.

Abstract:
The energy density distribution profile of the interface states (Nss) and their relaxation time (?) and capture cross section (?p) of metal-polymer-semiconductor (Au/PVC+TCNQ/p-Si) structures have been investigated by use high-low frequency capacitance (CHF-CLF) and conductance method. The value of capasitance C in the Au/PVC+TCNQ/p-Si structures increases with decreasing frequency as almost exponentially due to the presence of (Nss) at metal/semiconductor M/S interface. The energy distributions of the Nss and?? have been determined in the energy range of (0.053-Ev)-(0.785-Ev) eV by taking into account the surface potential as a function of applied bias voltage. The value of Nss ranges from 3.88x1012 eV-1cm-2 to 3.24x1012 eV-1cm-2. In the same energy interval, the value of ? ranges from 5.73x10-5 s to 1.58x10-4 s. The obtained Nss values from CHF-CLF and conductance methods are good agreement each other for Au/PVC+TCNQ/p-Si heterojunction. As a result, the mean value of Nss was found 1012 eV-1cm-2 order and this value is very suitable for an electronic device. Dielectric constant (??, ???), loss tangent (tan?), and the real and imaginary parts of the electric modulus (M?, M??) and ?ac values of this structure has been investigated in the wide frequency range of 1 kHz-5MHz at room temperature for Au/PVC+TCNQ/p-Si structure. All of these values were found strongly as function of frequency and voltage especially in the inversion and depletion regions at low frequencies due to interfacial polarization and charges at interface states (Nss). The decrease in ?? and ??? with increasing frequency indicated that the interfacial dipoles have less time to orient themselves in the direction of the alternate field. While the value of M? increase with increasing frequency and reach a maximum, M?? shows a peak and the peak position shifts to higher frequency with increasing applied voltage. The ln(?ac) vs ln(?) plot of the structure for 0.5 V has three linear regions (I, II and III) with different slopes which are corresponding to low, intermediate and high frequency ranges, respectively. Such behavior of ln(?ac) vs ln(?) plot indicated that there are three different conduction mechanisms in the Au/PVC+TCNQ/p-Si structure at room temperature.