Nanokompozit Cu:DLC ince film tabakalı Al/(Cu:DLC)/p-Si schottky diyotların hazırlanması, elektrik ile dielektrik özelliklerinin geniş frekans ve voltaj aralığında incelenmesi
Preparation of Al/(Cu:DLC)/p-Si schottky diodes with nanocomposite Cu:DLC thin film layer, investigation of electrical and dielectric properties in a wide frequency and voltage range
Yazar: AYLAR FEIZOLLAHI VAHID
Danışman: PROF. DR. BARIŞ AVAR ; PROF. DR. ŞEMSETTİN ALTINDAL
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında, Al/(Cu:DLC)/p-Si yapıları oluşturuldu. İlk olarak, elektrokimyasal yöntemle üretilen ince (Cu:DLC) ara yüzey tabakanın yapısal analizi, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışını Fotoelektron Spektroskopi (XPS) teknikleri kullanılarak detaylı bir şekilde ele alındı. Daha sonra, hazırlanan bu yapıların hem elektrik hem de dielektrik özellikleri empedans spektrometre metodu (kapasitans-voltaj (C-V) ve kondüktans-voltaj (G/ɷ-V)) kullanılarak geniş bir frekans ve voltaj aralığında incelendi. Numunelerin, difüzyon potansiyeli (VD), Fermi enerjisi (EF), engel yüksekliği (B) ve tüketim tabaka genişliği (Wd) gibi temel elektriksel parametreleri ters öngerilim lineer C-2-V grafiğinin kesim noktasından ve eğiminden frekansa bağlı elde edildi ve frekansa oldukça bağlı olduğu gözlendi. Yapının elektriksel ve dielektriksel performansını oldukça etkileyen ara yüzey durumlarının (Nss) ve onların yaşama ömürleri (τ) voltaja bağlı değişim grafiği hem düşük-yüksek frekans kapasitans (CLF-CHF) metodundan hem de bu yöntemden daha hassas olan paralel-kondüktans metodundan elde edildi. Voltaja bağlı seri direnç (Rs) grafiği ise Nicollian-Brews metodundan elde edildi. Bu yapıların, dielektrik sabiti (ε'), dielektrik kayıp (ε"), kayıp tanjant (tanδ), karmaşık elektrik modülüsün gerçek ve sanal kısımları (M*=M'+jM"), elektriksel iletkenliğe (σ) gibi diğer parametreler de geniş frekans ve voltaj aralığında incelendi.
Tüm bu elektrik, dielektrik ve iletkenlik parametrelerinin hem frekans hem de voltaja özellikle düşük ve orta frekanslarda çok bağlı olması, (Cu:DLC)/p-Si ara yüzeyinde oluşan Nss, ara yüzey tabakaya, yüzey ve dipol polarizasyonlarına atfedildi. Çünkü bu frekanslarda hem Nss rahatlıkla AC sinyalini takip edebilir hem de dipoller elektrik alan yönünde kendi eksenleri etrafında dönebilecek kadar zamana sahiptirler (T=2π/ɷ≥τ). Bu yüzden, gerçek C ve G değerlerinde ilave bir katkı sağlanır (Cex, Gex). Tüm bu sonuçlar, Nss ve polarizasyonun düşük frekanslarda ve tükenim bölgesinde etkin olduğu, Rs' nin ise yüksek frekanslarda ve yığılma bölgesinde etkin olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Within the context of this thesis, Al/(Cu:DLC)/p-Si structures were fabricated. Firstly, the structural analysis of the thin (Cu:DLC) interfacial layer produced by the electrochemical method was examined using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) methods. Subsequently, the electrical and dielectric properties of these prepared structures were thoroughly investigated across a wide range of frequencies and voltages utilizing impedance spectroscopy methods (capacitance-voltage (C-V) and conductance-voltage (G/ɷ-V)). Fundamental electrical parameters such as diffusion potential (VD), Fermi energy (EF), barrier height (B), and depletion layer width (Wd) were determined from the intersection and slope of the reverse bias linear C-2-V graph. It was observed that these parameters were highly dependent on both frequency and voltages. Furthermore, the voltage-dependent changes in surface states (Nss) and their lifetimes (τ), which significantly impact the structure's performance, were derived from both the low-high frequency capacitance (CLF-CHF) method and the more sensitive parallel conductance method. The voltage-dependent series resistance (Rs) graph was obtained using the Nicollian-Brews method. On the other hand, the dielectric constant (ε'), dielectric loss (ε"), loss tangent, the real and imaginary components of the complex electric permittivity (M*=M'+jM"), and electrical conductivity (σ) of the structure were also investigated over a wide range of frequencies and voltages. parameters were highly dependent on both frequency and voltages. Furthermore, the voltage-dependent changes in surface states (Nss) and their lifetimes (τ), which significantly impact the structure's performance, were derived from both the low-high frequency capacitance (CLF-CHF) method and the more sensitive parallel conductance method. The voltage-dependent series resistance (Rs) graph was obtained using the Nicollian-Brews method. On the other hand, the dielectric constant (ε'), dielectric loss (ε"), loss tangent, the real and imaginary components of the complex electric permittivity (M*=M'+jM"), and electrical conductivity (σ) of the structure were also investigated over a wide range of frequencies and voltages.