CrSi2 filmlerin yapısal ve elektriksel özellikleri
Structural and electrical properties of CrSi2 films
Yazar: UĞUR DENEB YILMAZER
Danışman: PROF. DR. KUBİLAY KUTLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Akım-potansiyel karakterstikleri = Current-potential characteristics ; Kapasite ölçme yöntemi = Capacity measurement method ; Krom = Chromium ; Silisid = Silicide ; X ışını spektrometresi = X ray spectrometer ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films

Özet:
CrSi2 filmler, (100) yönelimli n-tipi silisyum ve (111) yönelimli p-tipi silisyum üzerine ilk defa katodik ark fiziksel buharlaştırma yöntemiyle büyütülmüştür. Büyütülen filmlerin yapısal ve yüzeysel özellikleri XRD, EDS ve FEG-SEM analizleriyle, elektriksel özellikleri ise sıcaklığa bağlı akım gerilim, kapasitans gerilim ve iletkenlik ölçümleriyle incelenmiştir. XRD analizlerden filmlerin hegzagonal ve polikristal yapıda oldukları belirlenmiştir. FEG-SEM analizleri ile filmlerin kolonsal yapıda oldukları ve kolon kalınlıklarının 90 nm olduğu görülmüş olup filmlerin yüzey görüntülerinden tane boyutlarının yaklaşık 100?150 nm aralığında olduğu görülmüştür. EDS sonuçlarına göre yapının 1:2 stokiyometrisine sahip olduğu belirlenmiştir. Ag/CrSi2/n-Si/Ag eklemlerin sıcaklığa bağlı akım-gerilim karakteristikleri vakum ortamında yapılan ölçümlerle incelenmiştir. Eklemin doğru beslemede I-V karakteristiği incelendiğinde farklı gerilim değerlerinde üç farklı akım mekanizmasının etkin olduğu gözlenmiştir. Bunlar tünelleme, rekombinasyon ve uzay yükü limitli akımıdır. 205-355K sıcaklık aralığında Ag/CrSi2/n-Si/Ag ekleminin idealite sabiti ve bariyer yüksekliği için değerler sırasıyla 1.66-1.14 ve 0.46-0.83 eV aralığında olduğu belirlenmiştir. Ag/CrSi2/p-Si/Ag eklemler için yapılan benzer ölçümlerde, aynı akım mekanizmalarının varlığı gözlenmiştir. I-V karakteristikleri incelendiğinde, p tipi kristal silisyumun kuasi-nötr bölgesine difüz eden ihmal edilemeyecek kadar çok azınlık yük taşıyıcısının enjeksiyonunun varlığı sonucu iletkenlik modülasyonunun gerçekleştiği gözlenmiştir. Eklemin, 155-355K sıcaklık aralığında idealite sabiti ve bariyer yüksekliği sırasıyla 2.24- 1.20 ve 0.53-0.92eV arasında bulunmuştur. Ag/CrSi2/n-Si/Ag eklemlerin admitans analizleri 295-325-355K sıcaklık değerlerinde geniş frekans aralığında (1kHz-1MHz) kapasitans-gerilim ve iletkenlik-gerilim ölçümleriyle yapılmıştır. C-V analizlerinden silisyumun katkılama miktarı, eklemin oluşma potansiyeli ve bariyer yüksekliği bulunmuştur. Ag/CrSi2/p-Si/Ag eklemin C(G/?)-V analizleri yapılmış olup sonuçlar incelendiğinde negatif gerilimlerde gözle görülür kesin bir frekans bağımlılığı olduğu fark edilmiştir. Ayrıca I-V sonuçları ile kıyaslandığında aynı gerilim değerleri aralığında aynı olayların varlığı belirlenmiştir. Ayrıca yapılan C(G/?)-T ölçümleriyle CrSi2 için aktivasyon enerjisinin 0.25eV olduğu görülmüştür. Elde edilen EA değeri daha önce başka araştırmacılar tarafından DLTS ölçümleriyle hesaplanmış olan CrSi2 yarıiletkende Cr-B kompleksine karşı geldiği saptanmıştır. Bu değerin CrSi2 için yasak enerji aralığına (EG) karşılık geldiği düşünülmektedir

Abstract:
CrSi2 films were synthesized on (100) oriented n-type silicon and (111) oriented p-type silicon by cathodic arc physical vapor deposition. The structural and morphological properties of the films were investigated by XRD, EDS and FEG-SEM analysis and the electrical features of the heterojunctions were investigated with I-V-T, C(G/?)-V and C(G/?)-T measurements. The structural analysis indicated that the films have hexagonal structure and polycrystalline nature. It is investigated that the films are columnar and their thickness are about 90nm and the surface images of the films have displayed that the particle sizes are about 100-150nm. It is investigated that the structure has 1:2 stoichiometry. The electrical analysis of the Ag/CrSi2/n-Si/Ag heterjunction is perfomed by I-V-T measurements. Under forward bias, it is seen that the junction has three distinct regions, that means current transport mechanisms. These mechanisms are identified as tunneling, recombination and space charge limited current. Under the tempreature range of 205-355K, the ideality factor and the barrier height values are calculated between 1.66-1.12 and 0.46-0.83eV respectively. With the help of the similar investigations on Ag/CrSi2/p-Si/Ag junction, the same current transport mechanisms are imposed. With the help of I-V characteristics of the junction, the existence of non-negligible minority carrier injection through quasi-neutral region of p-type crystal silicon is determined. For 155-355K temperature interval the ideality factor and the barrier height of the junction are determined at the range of 2.24-1.20 and 0.53-0.92eV respectively. The C-V measurements for the Ag/CrSi2/n-Si/Ag junction are performed at the temperature values of 295-325-355K. From C-V-T measurements, the doping concentration, the built-in potential and the barrier height of the sample are calculated. C(G/?)-V analysis of the Ag/CrSi2/p-Si/Ag junction has indicated that for the reverse bias there is a obvious frequency dependence. The activation energy value of CrSi2 is determined as 0.25 eV by the C(G/?)-T measurements. The determined EA could be misleadingly interpreted as the energy position of defect, calculated by DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy) measurement probably from Cr-B complex in CrSi2 semiconductor in p type Si semiconductor. Nevertheless, owing to both the success of the offered approach on c-Si semiconductor as well as widespread EG values(changed from 6x10-4 to 0.35eV), determined by both theoretically and experimentally for CrSi2 in recent works encouraged that the extracted EA was likely to be a gap of CrSi2 semiconductor.