ZnO arayüzey tabakalı schottky engel diyotların hazırlanması ve elektriksel özelliklerinin aydınlatma şiddetine bağlı incelenmesi
The preparation of schottky barrier diodes with ZnO interface layer and the investigation of their electrical properties dependent on illumination intensity
Yazar: SERHAT ORKUN TAN
Danışman: DOÇ. DR. HABİBE TECİMER
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Fotodiyot = Photodiode ; MIS = Metal insulator semiconductor ; MS = MS ; Metal-yarı iletken sistemler = Metal-semiconductor systems

Özet:
Au/ZnO/n-GaAs Schottky engel diyotlar (SBDs) laboratuvar ortamında hazırlanmış olup akım-voltaj, kapasitans-voltaj ve kondüktans-voltaj karakteristikleri göz önüne alınarak oda sıcaklığında farklı aydınlatma şiddetleri altında incelenmiştir.  Hazırlanmış diyotun ters polarma akımı aydınlatma şiddetinin artmasıyla artarken doğru polarma akımı neredeyse değişmemektedir. Dolayısıyla şönt direnci aydınlatma şiddeti ile azalırken seri direnç neredeyse sabit kalmıştır ki bu durum diyotun ışığa duyarlı olduğunu ve fotodiyot davranışı sergilediğini göstermektedir. Aydınlatmadan sonra idealite faktöründeki artış M/S arayüzünde homojensizlikler olduğu varsayımına atfedilebilir. Hem idealite faktörü hem de etkin engel yüksekliğinin voltaja bağlı değişimi dikkate alınarak yüzey durumlarının enerji dağılım profili (Nss) doğru polarma akım-voltaj verileri ile oluşturulmuş ve artan aydınlatma şiddeti ile artmıştır. Seri direnç dikkate alınarak elde edilen Nss değerleri, seri direnç ihmal edilerek elde edinilen değerlerden daha düşüktür. Frekansa bağlı ölçümler ele alındığında kapasitansın azalması kondüktans artışına ile sonuçlanmaktadır. Doğru polarmada yüksek frekansta negatif kapasitans (NC) değerlerindeki artış seri direnç, arayüzey durumları ve arayüzey tabakasının varlığı ile açıklanmaktadır. NC değerleri aydınlatma şiddetinin azalmasıyla kondüktans değerleri ise aydınlatma şiddetinin artmasıyla birlikte artış göstermiştir. Bu davranış SBD içinde polarizasyon ve akım taşıyıcıların artışına bağlanmıştır. Voltaja bağımlı direnç değerleri aydınlatma şiddetindeki artışa bağlı olarak azalmıştır. Sonuç olarak, yüzey durumları rekombinasyon merkezleri gibi davranmakta olup özellikle ters polarma akım-voltaj karakteristiklerinde büyük önem arz etmektedir. Ayrıca deneysel sonuçlar Au/ZnO/n-GaAs SBD' lerin elektriksel özellikleri ile frekans, aydınlatma ve uygulanan voltaj değerleri arasındaki güçlü etkileşimi ortaya koymaktadır.

Abstract:
The Au/ZnO/n-GaAs Schottky barrier diodes (SBDs) were fabricated and examined regarding to its current-voltage, capacitance-voltage and conductance-voltage characteristics both in dark and under distinct illumination levels at room temperature. While the reverse current increases with increasing illumination level, forward current is almost unchanged with illumination. So, while the value of series resistance is almost not changed with illumination the shunt resistance is decreased which indicates that the fabricated SBDs exhibit a photodiode behavior. The increase of n after illumination can be explained by assuming inhomogeneities at M/S interface. Considering both the ideality factor and the voltage dependent effective barrier height, the energy distribution profiles of surface states (Nss) were determined from the forward bias current-voltage data and increased with the increment in the illumination level. The Nss values extracted by taking into account series resistance are lower than those acquired by ignoring series resistance. The frequency dependence characteristics of measurements indicate that the relations between C and G/ω were observed as the decrement in capacitance corresponds to an increment in conductance. The increment of negative capacitance (NC) values by high frequency at forward biases was attributted to the series resistance, interface states and interfacial layer. Considering the illumination intensity, the NC values increase with the decreasing illumination while the G/ω values increase with the increasing illumination. This behavior of the capacitance and conductance referred to the increments in the polarization and carriers in the SBDs. The voltage dependent resistivity decreases with increasing illumination levels. Consequently, surface states can act as recombination centers and have great importance especially in reverse bias current-voltage characteristics. Eventually, a strong interaction between the electrical properties of Au/ZnO/n-GaAs SBDs and the values of frequency, illumination and applied bias voltage explained by experimental results.