PECVD yöntemiyle büyütülmüş BN filmlerin opto-elektronik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of PECVD grown BN thin films opto-electronic properties
Yazar: BORA BOZKURT
Danışman: DOÇ. DR. ORHAN ÖZDEMİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Bor nitrür = Boron nitride ; Yalıtkan tabaka = Insulator layer ; Yarı iletken düzenek = Semiconductor device ; Yarı iletken filmler = Semiconductor films ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Bor nitrür (BN) bileşikleri farklı kristal simetrilerde bulunabilen malzemelerdir. Grafite çok benzer yapıda olan altıgen (h-BN) katmanlar halinde bulunabilecekleri gibi elmasa çok yakın özellikteki kübik (c-BN) kristal simetrilerde de bulunabilirler. BN yapının en kararlı ve doğal fazı olan h-BN, ince film şeklinde plazma destekli kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle (PECVD) geniş alanlara düşük maliyetle opto-elektronik uygulamalar için büyütülebilir. Kısaca h-BN malzemeler opto-elektronik uygulamalar için potansiyele sahiptir. p ve n türü katkılanabildiğinden dolayı, elektronik malzemelerin yapıtaşı olan p-n eklemin üretilmesinde ve dolayısıyla mor-mavi ışık algılayıcı (dedektör) ve yayınlayıcı (LED) aygıt uygulamalarında önü açıktır. Ayrıca dielektrik özelliklerinden ötürü VLSI devrelerde aktif ortamın pasifizasyonu için kullanılabilir. Yüksek yasak enerji aralığına sahip olmasından dolayı uç koşullarda (yüksek sıcaklıklarda) çalışabilecek cihazların yapımında kullanılması olasıdır. Bunlarla birlikte ve belki en önemlisi, dünyadaki bor rezervlerinin en az%65'inin ülkemizde olduğu düşünülürse, bor karbür, bor fiberi ve bor nitrür gibi yeni malzemelerin, yüksek katma değerli teknolojik ürünlerin ortaya çıkarılmasında kullanımının ve inovasyonunun gerekliliği kolayca anlaşılabilir.Ancak son yıllarda yapılan araştırmalar BN filmlerin çok miktarda kusur içerdiğini ortaya koymuştur. Yüksek miktardaki yerelleşmiş elektronik kusurlar, h-BN tabanlı ince filmlerin kolay ve ucuz şekilde üretilebilmesine karşın olası uygulamalar için ciddi sayılabilecek tehditler içerdiğini göstermiştir. Yerelleşmiş kusurlar, nispeten kolay üretilebilen ve yorumlanabilen: metal-yarıiletken (MS), metal-yalıtkan-yarıiletken (MIS) ya da metal-yalıtkan-metal (MIM) yapılarında yüke duyarlı spektroskopik tekniklerle (admitans ve DLTS gibi) incelenebilir. Bu tez çalışmasında farklı üretim parametreleriyle (kullanılan bor ve azot kaynakları, gaz kompozisyonu, kaplama yüzeyini oluşturan altlıklar, plazma yoğunluğu, RF gücü, büyütme sıcaklığı vb.) büyütülmüş BN filmlerin, eldeki optik karakteristik verileri yorumlanarak, oluşturulan MIM ve MIS aygıtların dc iletkenlik analizi ve admitans spektroskopisi yoluyla elektriksel özellikleri incelenmiştir.

Abstract:
The boron nitride compound (BN) is a polymorphous material. It could be found in layered hexagonal structure (h-BN) which is very much like graphite as well as in cubic form (c-BN) with properties similar to diamond. h-BN is the most stable and natural phase of BN crystal structure and it is relatively easier to deposit in thin film form by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system which is widely used for production of large area-low cost opto-electronic materials in semiconductor industry.Briefly, h-BN material has a potential for thin film opto-electronic applications. Possibility of p and n type doping allows to make p-n junction which is the building block of the microelectronic devices and hence it can be used to make light detector or light-emitting diode (LED) in violet-blue region. Due to its dielectric properties and chemical inertness, the material may be a candidate for passivation or insulator layer in both VLSI circuits assigned to reactive media and high-speed integrated circuits (IC) of the metal-insulator-semiconductor (MIS) structure. Moreover, owing higher forbidden energy gap, there is possibility to build a device that can operate in extreme conditions such as high temperature. Apart from these and may be the most essential one, considering that at least 65% of boron reserve in earth exists in the country force, the need and the importance of innovation research on the subject is clearly obvious.Nevertheless, h-BN films grown by PECVD upto nowadays are very defective. Huge density of localized electronic states (DOS), some of which are related to stoichiometric problems, constitutes a serious threat to the possible applications of h-BN film. These localized states can be studied by charge sensitive spectroscopic measurement techniques (such as admittance and DLTS). Through this thesis study, MIM and MIS devices were used towards dc conductivity and admittance spectroscopy measurements to investigate electrical properties of BN film grown with different deposition conditions and also optical properties of films at hand were used to reinterpret the atomic structure of h-BN crystals.