Cr/Si Schottky eklemlerin elektriksel özelliklerinin incelenmesi
Electrical properties of Cr/Si Schottky diodes
Yazar: AYŞE EVRİM BULGURCUOĞLU
Danışman: PROF. DR. KUBİLAY KUTLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Cr/Si metal-yarıiletken (MS) kontaklar, kimyasal olarak temizlenmiş olan n-Si(100) ve p-Si(111) altlıklar üzerine elektron demeti buharlaştırma metodu kullanılarak hazırlandı. Üretilen Cr/Si MS yapıların sıcaklığa bağlı karanlıkta akım-gerilim karakteristikleri alındı ve bu akım-gerilim karakteristiklerinden diyot parametreleri (idealite faktörü, bariyer yüksekliği) ve aktivasyon enerjisi elde edildi. Ayrıca bu eklemlerin oda sıcaklığında aydınlıkta ve karanlıkta akım-gerilim karakteristikleri alınıp fotovoltaik özellikleri incelendi. Cr/Si Schottky diyotların frekansa ve sıcaklığa bağlı kapasitans-gerilim karakteristikleri incelendi ve buradan ND katkılama miktarı ve bariyer yükseklikleri elde edildi. Çalışmanın son aşamasında Cr/Si Schottky diyotların performansını arttırmak için çeşitli sıcaklıklarda (400-500-600ºC) tavlama işlemine tabii tutuldu ve bu işlemin diyotun elektriksel ve fotovoltaik özelliklerine etkisi incelendi.Sıcaklığa bağlı akım-gerilim ölçümlerinden elde edilen bariyer yüksekliği ile kapasitans-gerilim ölçümlerinden elde edilen bariyer yükseklik değerleri kıyaslandı. Bu kıyaslama sonucunda akım-gerilim datalarından elde edilen bariyer yüksekliğinin sıcaklıkla arttığı, kapasitans-gerilim datalarından elde edilen bariyer yüksekliğinin ise sıcaklıkla azaldığı gözlendi. Cr/n-Si için; I-V eğrilerinin 300-380 K sıcaklık aralığında elde edilen bariyer yüksekliği 0.87-1.08 eV arasında değişmekteyken, idealite faktörün değişiminin ise 1.65-1.14 arasında olduğu gözlendi. C-V eğrilerinin 360K sıcaklık için bariyer yüksekliği 0.86 eV olarak bulundu. Cr/p-Si için ise I-V eğrilerinden 300-380 K sıcaklık aralığında elde edilen bariyer yüksekliğinin değeri 0.85-1.05 eV arasındadır, idealite faktörü değeri ise 1.63-1.46 arasında değer almaktadır. C-V datalarından 300-360K sıcaklık aralığında elde edilen bariyer yüksekliği 1.5-0.87 eV arasında değişmektedir. Tavlama sonrası numunelerin diyot özelliklerinin kötüleştiği gözlendi.Schottky eklemlerin karanlıkta alınan akım-gerilim karakteristiğinden, kat doğrultucu özellik gösterdiği belirlendi. Termoiyonik emisyon modelini göz önüne alındığında, Cr/Si eklemlerin doğru yöndeki iletim mekanizmalarının düşük elektrik alan bölgesinde Cr/n-Si eklemler için omik, Cr/p-Si eklemler için Schottky alan emisyonu iletim mekanizmasının etkin olduğu belirlendi. Yüksek elektrik alan bölgesinde ise Cr/n-Si ve Cr/p-Si eklemler için SCLC (Space Charge Limited Current) iletim mekanizmasının baskın olduğu ortaya çıkarıldı.Tavlama öncesi Cr/Si Schottky diyotların aydınlıkta alınan I-V karakteristiklerinin incelenmesiyle iyi fotovoltaik parametrelere sahip oldukları gözlenmiştir. En iyi fotovoltaik parametreleri Cr/p-Si MS türü yapılarda gözlendi (Isc=44.5 ?A, Voc=370 mV). Tavlama sonrası ise yine Cr/p-Si MS yapılar en iyi fotovoltaik özelliklere 600ºC tavlama sıcaklığında elde edildi(Isc=138.8 ?A, Voc=268 mV).

Abstract:
Cr/Si metal semiconductor (MS) contacts were prepared on chemically cleaned n-Si(100) and p-Si(111) substrates by using electron-beam evaporation method. Produced MS structures were examined by dc current-voltage characteristic under various constant temperatures infer both fundamental diode parameters (ideality factor, barrier height) and current flow mechanism through determining activating energy. Moreover, I-V characteristics were also investigated under dark and light conditions at room temperature so that photovoltaic behavior of the structures can be studied. The frequency/temperature dependent ac capacitance-voltage (C-V) characteristic of Cr/Si Schottky diodes were reported and doping density and barrier height of the structure were obtained from the slope and its intercept on the voltage axis of 1/C2 vs VG plot, respectively. As a step of study, Cr/Si Schottky diodes were annealed at different temperatures (400-500-600ºC) in order to increase their performance and electrical/photovoltaic effects of this act were observed.Extracted barrier height from I-V and C-V curves were compared which exhibited decline behavior for the first one and increasing attitude fort he second as temperature increases, respectively. Specifically, the variates of barrier height of Cr/n-Si extracted from I-V curves, was in the range of 0.87-1.08 eV, whereas the ideality factor lied between 1.65 to 1.14 for the studied temperature interval (300-380K). Similarly, for Cr/p-Si, the range were in between 0.85-1.05 eV and 1.63-1.46, respectively. On the other hand, barrier height obtained from C-V curves were consistent with the ones from I-V curves. Remarkably, annealing (heat treatment) deteriorate the diode parameters unexpectedly.The Schottky contacts? at hand have rectifying features, determined from I-V measurement under dark condition. As current flow mechanism, two bias regions were identified. Though different current flow mechanism exist in low applied bias voltage side (namely, Schottky emission for Cr/p-Si junction and ohmic mechanism for Cr/n-Si), SCLC was the common actual mechanism for both junctions at high bias voltage region.After examining the I-V characteristics of pre-annealing Cr/Si diodes in light condition, they exhibited good photovoltaic parameters. The best photovoltaic parameters were exposed by Cr/p-Si MS contact (Isc=44.5 ?A, Voc=370 mV). The best post-annealing photovoltaic parameter was shown by Cr/p-Si MS contact which was annealed at 600ºC (Isc=138.8 ?A, Voc=268 mV).