Zn tabanlı heteroeklemlerin kapasitans-voltaj karakterizasyonu
Capacitance-voltage characterization of Zn based heterojunctions
Yazar: AYDIN YILDIRIMLAR
Danışman: DOÇ. DR. TAYYAR GÜNGÖR
Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, Ultrasonik Kimyasal Püskürtme Tekniği (UKP)
kullanılarak p-tipi Si (100) alttaş üzerine n-tipi ZnO biriktirilerek elde edilen n-ZnO/pSi
heteroeklemlerin akım-voltaj (I-V) ve kapasite-voltaj (C-V) karakterizasyonları
yapılmıştır. n-tipi ZnO elde etmek için Zn kaynağı olarak metanol içinde çözünmüş
çinko asetat dihidrat (Zn(CH3COO)2 2H2O, ZAD) tuzu kullanılmıştır. ZAD miktarına
bağlı olarak 0,04 M – 0,08 M ve 0,1 M başlangıç çözeltileri, 400 oC sabit sıcaklıktaki
p-tipi Si alttaşlar üzerine taşıyıcı gaz olan hava yardımı ile gönderilmiştir. n-ZnO ince
filmlerin film kalınlıkları ve optik band aralıkları gibi optik sabitleri optik geçirgenlik
spektrumları kullanılarak belirlenmiştir.
Eklemlerin ileri besleme durumunda akım-voltaj karakterizasyonu ile idealite
faktörü belirlenmiştir. 0,04 M ve 0,08 M ZAD içeren eklemler için düşük voltaj
değerlerinde idealite faktörü 2 civarında iken 0,1 M ZAD içeren örnek için bu değerden
daha yüksek değerler gözlenmiştir. Bütün örnekler için C-V ölçümlerinde artan frekans
ile kapasitans değerlerinde azalma gözlenmiştir. Ters besleme voltajı altında C-f
değişimleri dikkate alındığında, düşük frekanslarda (1 kHz) gözlenen tepe noktası, artan
frekans ile (10 kHz) düşük voltaj değerlerine kaymaktadır. Ancak, beklendiği gibi
frekans arttıkça örneklerin kapasitans değerlerindeki değişim azalmakta ve C-V
değişiminde pik gözlenmemektedir. Bununla beraber artan ZAD miktarı ile C-f
spekturumunda gözlenen tepe noktası daha düşük ters voltaj değerlerine doğru hareket
etmektedir. Sıcaklığa bağlı C-V değişimleri incelendiğinde ise düşük sıcaklıklarda
(~200 K), voltajdan bağımsız sabit olan C değerleri, sıcaklık artışı ile artmakta ve iki
eğimli doğrusal davranış sergilemektedir.
Çalışmada başlangıç çözelti konsantrasyonunun, heteroeklemin elektiriksel
özelliklerine etkisi de incelenmiştir. Çözelti konsantrasyonları değiştirilerek, daha geniş
bir aralığın taranması ve farklı elektriksel kontakların eklemin elektriksel
karakteristiğine etkisi ayrıntılı bir şekilde incelenmelidir.
Anahtar Kelimeler: Saydam iletken Oksit, Çinko Oksit, Ultrasonik Kimyasal Püskürtme
Tekniği, Heteroeklem, C-V Karakterizasyonu

Abstract:
In this thesis, the current-voltage (I-V) and capacitance-voltage (C-V)
characterization of n-ZnO/p-Si heterojunctions formed with n-ZnO and p-Si (100)
substrates by using Ultrasonic Spray Pyrolsis Technique (USP) were carried out. In
order to obtain n-ZnO thin films, zinc-acetate dihydrate (Zn(CH3COO)2 2H2O, ZAD)
dissolved in methanol was used as a source of zinc. The precursor solutions with
different molarities such as 0.04 M, 0.08 M and 0.1 M were sprayed onto the p-Si
substrate held at 400 C. Compressed air was used as the carrier gas. The thicknesses of
n-ZnO thin films, optical band gap and other optical constants were determined by
means of optical transmission spectra.
The ideality factors were determined from the forward-biased characteristic of
the heterojunctions. The ideality factor of heterojunctions containing 0.04 M and
0.08 M ZAD were found to be approximately 2 at low voltage regime. However, the
ideality factor of heterojunction containing 0.1 M ZAD is higher than the other
heterojunctions. Considering C-V measurement, capacitance values are decreased with
increasing frequency for the all of the samples. Under reverse bias, the peak observed in
the C-f spectrum at low frequency such as 1 kHz shifted to low voltage with increasing
frequency. However, as expected, the capacity change of the samples decreases with
increasing frequency and the peak observed in the spectrum is disappeared. When the
amount of zinc increased in the precursor solution, the peak observed in C-f spectrum is
moving towards to the lower reverse voltage value. Taking into account of temperature
dependent C-V measurements, the capacitance value is independent of reverse bias
voltage and it seems to be constant at low temperatures (~ 200 K). However, C values
increase with increasing temperature and exhibit a linear behavior that is having two
slope.
In this study, the effects of starting solution onto the electrical properties of the
heterojunction were also examined. However, how the concentration and electrical
contact materials are effecting electrical properties of the heterojunction sholud be
investigated for the different values of starting solution molarity.