Ni/Si eklemlerin elektrik ve optik karakteristikleri
Electrical and optical characteristics of Ni/Si junctions
Yazar: AYŞEGÜL ÇELİK
Danışman: PROF. DR. TAYYAR CAFEROV
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Metal-yarıiletken eklemler, mikroelektronik cihazların temelini oluşturmaktadır. Eklemlerinkarakteristikleri ile ilgili yapılan araştırmalarda geçiş metalleri ile elde edilen silikatlarınelektriksel iletkenliği ve oksitlenmeye karşı yüksek direnç özellikleri dikkat çekmiştir. Fakat,geçiş metal/Si ve silikat/Si eklemlerin özellikleri az incelenmiştir.Bu çalışmada, kristal silisyum üzerine nikel kaplanarak elde edilen Ni/Si eklemlerinkarakteristiklerine tavlamanın etkisi incelenmiştir. Tavlama öncesi ve sonrası ölçülen akım-gerilim karakteristiklerinden; ışığa duyarlılık, engel yüksekliği ve ideallik faktörü, kapasitans-gerilim karakteristiklerinden donör konsantrasyonu ve eklemin genişliği, XRD analizlerindenise NiSi2 ve NiSi fazlarının oluştuğu görülmüş ve bu fazların tanecik boyutları hesaplanmıştır.Ayrıca XRF ölçümlerinden nikelin silisyumda konsantrasyon dağılımı ve nikelin difüzyonkatsayısı bulunmuştur. Bu çalışmalarda aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir.Hazırlanan Ni/pSi ve Ni/nSi eklemleri Schottky diyodu özellikleri göstermiştir. 500oCtavlama ile bu eklemlerin doğrultma ve fotoduyarlılık özelliklerinin azaldığı görülmüştür.Tavlama ile eklemlerin karakteristiklerinin değişimi Ni-Si sınır bölgesinde yeni fazlarınoluşumu ile yorumlanmıştır.Tavlama süresinin artması ile (1.5 saatten 15 saate kadar) XRD spektrumunda NiSi ve NiSi2polikristalik fazlarına ait pik şiddetlerinin arttığı görülmüştür. Oluşan bu piklerin yarımşiddetlerinden, tane boyutları hesaplanmış ve 90 dakika tavlama sonunda NiSi2 fazı içinortalama tane boyutları d(NiSi2)=465Ã ve NiSi fazı için ise d(NiSi)=971 Ã olarakhesaplanmıştır. 15 saatlik tavlama sonunda ise NiSi fazının tane boyutu d(NiSi)=796 Ã'yaazalırken, NiSi2 fazının tane boyutu d(NiSi2)=580Ã'ya yükselmiştir.Ni/pSi yapı vakumda (500oC, 15 saat ) tavlanarak XRF ölçümü yapılmış ve buradan nikelinsilisyumda oluşan konsantrasyon dağılımı için iki difüzyon katsayısı hesaplanmıştır. Yüzeyeyakın bölgede (x<1Âµm) Dy â 5.10-14 cm2/sn, iç bölgede ise Di â 10-8cm2/sn olarak bulunmuştur.Nikelin yüzeye yakın bölgesindeki daha yavaş difüzyonu buradaki Ni/Si fazlarının oluşumuile yorumlanmıştır. Nikelin örneğin iç bölgelerindeki daha hızlı hareketi, arayer pozisyonlarladifüzyonu ile ilgilidir.Böylece, Ni/Si eklemlerin Schottky diyod özelliği gösterdiği, Ni/pSi eklemlerin diyodparametrelerinin, Ni/nSi eklemlere nazaran daha yüksek olduğu görülmüştür. 500oC'detavlama neticesinde, Ni/Si eklemlerin sınır bölgesinde yeni NiSi ve NiSi2 fazların oluşumunedeniyle diyod özellikleri bozulmaktadır.Anahtar Kelime: Ni/Si eklemler, Ni2Si, NiSi, NiSi2, Difüzyon.

Abstract:
Metal-semiconductor junctions base on microelectronic devices. Hence, variousinvestigations were made about characteristics of these junctions. In these investigations,properties of electrical conductivity and high resistivity against to oxidation of silicidesprepared by transition metals attracted. But , properties of transition metal/Si and silicide/Sijunctions have rarely examined.In this study, Ni/Si junctions were obtained by Ni evoperation on crystal silicon and annealingeffect on characteristics of these junctions was investigated. Photosensivity, barrier height andideality factor calculated from measured current-voltage characteristics after and beforeannealing processes, it has seen occurring of NiSi2 and NiSi phases from XRD analysis andgrain sizes of polycrystallic nickel silicide phase calculated. XRF measurement made addcalculated Ni concentration distrubition in silicon. We obtained the results as follows:Prepared Ni/pSi and Ni/nSi junctions shows properties of Schottky diodes. Properties ofrectification and photosensivity of these junctions decrease by annealing at 500oC. Change ofjunction characteristics by annealing attributed to form new phases at Ni-Si boundary zone.We have seen composition of NiSi and NiSi2 polycrystallic phases by annealing of Ni/Sistructures in vacuum and peak intensities of these phases have increased with increasingannealing times (from 1.5 to 15 hours) in XRD spectrums. Grain sizes calculated from a halfintensity of composed peaks and after 90 minutes annealing, grain sizes for NiSi2 and NiSihave found d(NiSi2) = 465 Ã, d(NiSi) = 971 Ã, respectively. After 15 hours annealing, grainsize for NiSi decreased to d(NiSi) = 796 Ã. On the contrary, grain size for NiSi2 increased tod(NiSi2) = 580 Ã.Ni/pSi structures annealed in vacuum (at 500oC for 15 hours ) and then made XRFmeasurements. Two diffusion coefficients calculated from XRF for concentration distrubitionof nickel silicon. It is found Dy â 5.10-14 cm2/sn and Di â 10-8cm2/sn for near to surface andinterior zone, respectively.Slower diffusion on near the surface attributed to composition of NiSi phases on there. Fastactivity of nickel in interior zone concerned on diffusion with interstitial positions. Ni filmswere deposited by evaporation on silicon substrates and thus composed Ni/Si junctions showSchottky diode properties. It is also shown that diode parameters of Ni/pSi junctions arehigher than of Ni/nSi junctions. After annealing at 500oC, diyote properties of Ni/Si junctionsare decomposed due to composition of new Ni/Si and NiSi2 phases on boundary zone.Keywords: Ni/Si junctions, Ni2Si, NiSi, NiSi2, Diffusion.