Farklı kalınlıklarda al2o3 arayüzey tabakasının metal-yarıiletken yapılara eklenmesi ile dielektrik özelliklerinin incelenmesi
Dielectric properties investigation of metal-semiconductor structures by adding al2o3 interlayer in different thicknesses
Yazar: BİLAL ARSLAN
Danışman: DOÇ. DR. SERHAT ORKUN TAN
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, yarıiletkenin tipine (p-tipi / n-tipi) bağlı olarak tercih edilen uygun iş fonksiyonlu metaller ile yaygın kullanılan silisyum (Si) yarıiletkeni arasına alüminyum oksit tabakası eklenerek metal-yalıtkan-yarıiletken (MIS) yapılar hazırlanmıştır. MIS yapılarda yarıiletken ile metal arasındaki yalıtkan olan tabakanın kalitesi ve yarıiletken yüzeyi MIS Schottky diyotun güvenilirliğini ve performansını önemli ölçüde etkilediği gibi yük geçişlerini düzenlemek için de çok önemlidir. Burada genellikle kontrol edilebilir akım-iletim mekanizması gerçekleştirecek, yüzeyi pasivize edecek, sızıntı akımını en aza indirecek, dielektrik sabiti yüksek olan malzemeler seçilmesi gerekir. Bu çalışmada yalıtkan tabaka olarak diyotun performansını ve kalitesini önemli ölçüde etkileyecek Al2O3 tercih edilmiştir.  İdeale yakın yüksek kalitede bir diyot elde edilmesi için diyotun elektriksel özelliklerinin yanısıra dielektrik özellikleri, arayüzey durumları (Nss), arayüzey tabakanın kalınlığı (dox) gibi birçok parametre de incelenmelidir. Bu nedenle çeşitli kalınlıklardaki arayüzey tabakasının metal-yarıiletken (MS) yapıların karakteristiğine etkisini ortaya çıkarmak için dielektrik özelliklerini incelemek oldukça önemlidir. Bu yüzden, bu tez çalışmasında, 5nm ve 10 nm arayüzey tabaka kalınlığına sahip MIS (Au/ Al2O3/ n-Si) yapıların ve arayüzey tabakasız MS (Au/ n-Si) yapının dielektrik sabiti (ε'), dielektrik kayıp (ε''), kayıp tanjant (tanδ), elektrik modülüsün reel ve imajiner kısımları (M' and M"), elektriksel iletkenlik (σac) gibi temel dielektrik özellikleri frekansa bağlı kondüktans-gerilim (G/ω-V), kapasitans-gerilim (C-V) ölçümleri kullanılarak incelenmiştir.

Abstract:
In this thesis, metal-insulator-semiconductor (MIS) structures were prepared by adding an aluminium oxide layer between the metals, which are preferred depending on the type of semiconductor (p-type / n-type), with suitable work functions and the commonly used silicon (Si) semiconductor. The quality of the insulating layer between the semiconductor and the metal in the MIS structures and the semiconductor surface, are also very important for affecting the reliability and performance of the MIS Schottky barrier diode and as well as regulating the load transitions. Usually, the materials with high dielectric constant should be selected which will perform a controllable current-transmission mechanism, passivate the surface and minimize the leakage current. In this study, Al2O3 was preferred as the insulating layer which would significantly affect the performance and quality of the diode. In order to obtain an ideal high quality diode, many parameters such as dielectric properties, interface states (Nss), thickness of the interface layer (dox) should be examined. Therefore, it is very important to examine the dielectric properties to reveal the effects of the interface layers with various thicknesses on Schottky structure. Therefore, in this thesis, utilizing from frequency dependent capacitance-voltage (C-V) and conductance-voltage (G/ω-V), measurements, MIS (Au / Al2O3 / n-Si) structures with 5nm and 10nm interlayer thicknesses and MS structure without interlayer have been investigated by using the basic dielectric parameters such as dielectric constant (ε'), dielectric loss (ε''), lost tangent (tanδ), real and real parts of electric modulus (M' and M") and electrical conductivity (σac).