Metal/GaN kontakların yapımı ve sıcaklığa bağlı elektriksel ölçümler
Fabrication of Metal/GaN contacts and the temperature-dependent electrical measurements
Yazar: LEYLA ESMER
Danışman: PROF. DR. ENİSE AYYILDIZ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Bölümü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada safir üzerine metal organik kimyasal buhar biriktirme yöntemi ile büyütülen 5 µm kalınlıklı n-GaN altlıklar kullanılarak Ni/n-GaN Schottky diyotlar üretildi. Kontak desenleri fotolitografi işlemiyle oluşturuldu. Omik ve Schottky kontak metalizasyonu dc manyetik saçtırma ve termal buharlaştırma yöntemleriyle n-GaN altlıklar üzerine Ti (20nm)/Al (100nm) ve Ni (30nm)/Au (50nm)  metalleri biriktirilerek yapıldı. Üretilen Schottky diyotların oda sıcaklığında akım-gerilim ve kapasite-gerilim, 95 K-305 K sıcaklık aralığında akım-gerilim ölçümleri yapıldı. Schottky diyotların engel yüksekliği ve idealite faktörü değerleri termoiyonik emisyon teori kullanılarak doğru beslem akım-gerilim karakteristiklerinden sırasıyla 0.557±0.005 eV, 1.923±0.183 olarak elde edildi. Diyotların 1 MHz frekans değerinde C-V ölçümleri kullanılarak C-2-V grafiklerinden engel yüksekliği 0.612±0.036 eV olarak hesaplandı. Diyotların sıcaklığa bağlı I-V grafiklerinin analizinden, artan sıcaklıkla engel yüksekliğinin arttığı ve idealite faktörünün azaldığı görüldü. Deneysel olarak gözlenen bu davranış engel yüksekliğinin homojensizliğine atfedildi. Schottky engel yüksekliğinin sıcaklığa bağlılığı metal-yarıiletken ara yüzeyinde oluşan engel yüksekliği homojensizliğinin ikili Gaussian dağılımı göz önünde bulundurularak açıklandı. Schottky engel yüksekliğinin ikili Gaussian dağılım parametreleri kullanılarak modifiye edilmiş Richardson grafikleri çizildi. Bu grafiklerden elde edilen Richardson sabitinin değerleri GaN için bilinen teorik 26.8 A/ cm2 K2 değerine yakındır.

Abstract:
In this study, Ni/n-GaN Schottky diodes were fabricated by using n-GaN wafer with a thickness of 5 mm grown by metalorganic chemical vapor deposition on the c-plane sapphire.  Contact patterns were made with photolithography process. Ohmic and Schottky contact metallization were formed by depositing Ti (20nm) / Al (100nm) and Ni (30nm)/Au (50 nm) metals on n-GaN substrates using dc magnetic sputtering and thermal evaporation methods. The current-voltage and capacitance-voltage measurements of diodes were carried out at room temperature and in dark. The forward bias I-V characteristics were analyzed on the basis of the thermionic emission theory. The values of the ideality factor and the barrier height of the Ni/n-GaN Schottky diodes were determined to be 0.557±0.005 eV, 1.923±0.183, respectively. The current-conduction mechanism was investigated with the help of the temperature-dependent current-voltage characteristics of the diodes. It was found from the analysis of the I-V-T curves that the ideality factor decreases while the barrier height increases with increasing temperatures. This behavior observed experimentally was attributed to the barrier height inhomogeneity. The temperature dependence of SBHs was explained by considering the existence of the double Gaussian distribution of the barrier height inhomogeneity at metal-semiconductor interface. The modified Richardson plots were constructed by using the double Gaussian distribution parameters of the SBD. The obtained Richardson constant values are in close to the theoretical value of 26.8 A/ cm2 K2 known for n-GaN.