Au/p-TlInS2/n-InP Pseudo Schottky  
yapıların tavlama ve numune  
sıcaklığına bağlı elektriksel  
karakterizasyonu
Annealing- and sample temperaturedependent electrical characterisation of Au/p-TlInS2/n-InP Pseudo Schottky structures
Yazar: SEDA YAZICI
Danışman: PROF. DR. BAHATTİN ABAY
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Yüksek elektron hareketliliğinden ötürü İndiyum fosfit (InP) yüksek güç ve yüksek frekans elektroniğinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte; metal/n-InP yapıların kontak metalinin iş fonksiyonundan bağımsız olarak ~0.45 eV gibi düşük engel yüksekliğine (EY) sahip oluşu, n-InP tabanlı elektronik cihaz uygulamalarında handikap oluşturmaktadır. Bu çalışmada, Au/n-InP yapısının engel yüksekliğinin modifikasyonu için n-InP ile zıt tipli p-TlInS2 üçlü yarıiletken bileşiği kullanılarak Au/p-TlInS2/n-InP Pseudo Schottky (PS) yapıları oluşturuldu.
Tavlanmamış ve TA1,5=100, 150, 200, 250 ve 300°C'de kümülatif tavlama işlemine tabi tutulmuş PS yapılarının elektriksel karakterizasyonu oda sıcaklığında ve sıcaklığa bağlı olarak (80-360K) incelendi. Termiyonik emisyon teorisi kullanılarak analiz edilen akım-gerilim (I-V) karakteristiklerinden EY değerlerinin tavlama sıcaklığına bağlı olarak arttığı belirlendi. TA4 tavlama işlemi uygulanmış Au/p-TlInS2/n-InP PS yapısının ideal diyot sınırları içerisinde kaldığı (n=1.063) ve EY değerinin 0.740 eV'ta ulaştığı belirlendi. Daha yüksek tavlama sıcaklıklarında n idealite faktörünün hızlı artışı münasebetiyle yapının ideallikten uzaklaştığı gözlendi.Her bir tavlama işlemi ardından sıcaklığa bağlı I-V ve kapasite-gerilim (C-V) ölçümleri icra edildi. Düz beslem I-V karakteristikleri geleneksel TE teorisi kullanılarak analiz edildi. Elde edilen EY değerlerinin artan sıcaklıkla arttığı n idealite faktörü değerlerinin ise azaldığı belirlendi. Benzer şekilde, C-V karakteristiklerinden elde edilen EY değerlerinin de artan sıcaklıkla arttığı belirlendi. 
Her bir tavlama adımı sonrasında Au/p-TlInS2/n-InP PS yapısı için oluşturulan geleneksel Richardson çizimlerinin lineer olmayan davranışı MY ara yüzeyde Gaussian dağılıma sahip homojen olmayan EY'ne atfedildi. Düşük sıcaklıklarda diyot parametrelerindeki anormal davranışların izahı tekli ve/veya ikili Gaussian dağılıma sahip EY yaklaşım modelleri (SGDM/DGDM) ile gerçekleştirildi. SGDM kullanıldığı([1n(I_o/ T^2)-q^2 σ^2/2(k〖T)〗^2]-1000/T) modifiye Richardson çizimlerinden TA2-5 tavlama işlemi uygulanmış yapılara ait Richardson sabiti ve aktivasyon enerji değerleri sırasıyla A*=9.640, 9.220, 12.33, 10.05 AK-2cm-2 ve φb=0.836, 0.882, 0.927, 0.889 eV olarak elde edildi. TA3-5 tavlama işlemi uygulanmış yapılara ait n ve EY parametrelerinin sıcaklıkla değişimleri SGDM ile tam fit edilememesinden ötürü Richardson çizimleri DGDM kullanılarak yeniden değerlendirildi. EY'nin DGDM'ne göre,TA3-5 tavlama işlemi uygulanmış Au/p-TlInS2/n-InP PS yapılarının ortalama EY değerleri sırasıyla¯φb01=0.986, 1.100, 0.977 eV ve ¯φb01=0.831, 0.911, 0.739 eV olarak elde edildi. Bununla birlikte, modifiye Richardson çizimlerinden aktivasyon enerjisi ve Richardson sabiti değerleri, sırasıyla 0.987, 0.834 eV; 10.34, 9.54 AK-2cm-2, 1.087, 0.863 eV; 8.48, 10.50 AK-2cm-2 ve 0.987, 0.737 eV; 10.20, 9.50 AK-2cm-2 olarak elde edildi. Sonuç olarak, Au ve n-InP arayüzeyinde kararlı p-TlInS2 inversiyon tabakası oluşturmak amacıyla ardışık tavlama işlemleri uygulandı. Böylece, Au/p-TlInS2/n-InP PS yapısının EY'nin TA4 tavlama işlemi ile ideal diyot sınırları içerisinde ~0.300 eV kadar artırılabileceği gösterildi.

Abstract:
Indium Phosphide (InP) is used in high-power and high-frequency electronics because of its superior electron mobility. However, the low barrier height (about 0.45 eV and almost independent of the metal's work function) of metal/n-InP SBD constitute a handicap to use of n-InP in the electronic device applications. In this study, Au/p-TlInS2/n-InP Pseudo-Schottky Junctions (PSJs) have been fabricated with the p-TlInS2 counter semiconductor layer for the modification of the barrier height of Au/n-InP SBD. 
Annealing and sample temperature dependent electrical characterization of the unannealed and cumulative annealed Au/p-TlInS2/n-InP PSJs at TA1,5=100, 150, 200, 250 and 300°C temperatures have been investigated in the wide temperature range of 80-360 K. From the analyzed experimental I-V data by using conventional TE theory it has been determined that the value of BH increases with increasing annealing temperature. It has been determined that ideality factor of Au/p-TlInS2/n-InP PSJs remained in ideal diode limit (n=1.063) until the annealing temperature reached TA4=250°C for tA4=5 min, while BH value increased to 0.740 eV with respect to the reference Au/n-InP SBD, at room temperature. It has also been observed that the diode characteristic moved away from the ideality due to the rapid increment in the n at the annealing temperatures higher than 250°C.
After each annealing treatment, I-V and capacity-voltage (C-V) measurements were carried out as a function of temperature. The forward I-V characteristics were analyzed on the basis of conventional TE theory. It has been observed that the value of ideality factor n decreases while the BH increases with increasing temperatures. Moreover, it has been evaluated that the value of BH obtained from the C-V characteristics increases with increasing temperature.
Non-linear behavior of the conventional Richardson plots created after each annealing step for the Au/p-TlInS2/n-InP PSJs has been attributed to the assumption of Gaussian distribution of BHs due to barrier inhomogeneities that prevail at the metal-semiconductor interface. For the explanation of the abnormal behavior of the characteristic diode parameters at low temperatures, single and/or double Gaussian distribution of the BHs approximation models (SGDM/DGDM) have been carried out. Obtained values of Richardson constant and BHs from the modified Richardson plots ([1n(I_o/ T^2)-q^2 σ^2/2(k〖T)〗^2]-1000/T) by using SGDM for the TA2-5 annealed structuresare A*= 9.64, 9.22, 12.33, 10.05 AK-2cm-2 and φb=0.836, 0.882, 0.927, 0.889 eV, respectively.Because of the SGDM doesn't fulfil with the temperature dependence of n and BH parameters for TA3-5 annealed structures, modified Richardson plots have been reevaluated by DGDM. According to DGDM, average BH values of the TA3-5 annealed PSJs have been obtained as ¯φb01=0.986, 1.100, 0.977 eV and ¯φb02=0.831, 0.911, 0.739 eV, respectively.The activation energy and Richardson constant values have also been obtained as 0.987, 0.834 eV; 10.34, 9.54 AK-2cm-2, 1.087, 0.863 eV; 8.48, 10.5 AK-2cm-2 and 0.987, 0.737 eV; 10.2, 9.50 AK-2cm-2 from the modified Richardson plots for these structures. In conclusion, successively annealing treatments have been applied for creating a stable p-TlInS2 inversion layer at the MS interface. Hence, Au/p-TlInS2/n-InP PSJs have been obtained with a significant BH enhancement compared to the Au/n-InP SBD, within the ideal diode limit, typically by the value of 0.300 eV for gold Schottky gate after TA4 annealing treatment.