6H-SiC tabanlı Schottky diyotların hazırlanması ve geniş sıcaklık aralığında elektriksel parametrelerinin incelenmesi
Preparation of Schottky diodes 6H-SiC based and investigation of electrical parameters in the wide temperature range
Yazar: TAMER GÜZEL
Danışman: DOÇ. DR. METİN ÖZER
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tezde, Au/n-6H-SiC/Au,  Au/P3HT-n-6H-SiC/Au,  Au/P3HT:PCBM(1:1)-n-6H-SiC/Al Schottky engelli yapılar üretilerek, 80K ile 350K sıcaklık aralığında elektriksel karakteristikleri araştırıldı. Her bir diyot için akım-voltaj eğrilerinden, Cheung ve Norde fonksiyonları kullanılarak,  engel yükseklikleri (Φb0) ve idealite faktörleri (n) ve seri direnç (Rs) değerleri hesaplandı. İdealite faktörü ve seri direncin artan sıcaklıkla azaldığı, engel yüksekliğinin ise arttığı gözlendi. Parametrelerdeki bu değişimin sebeplerinden biri olarak Schottky engelinin uzaysal homojensizliği gösterildi. Engelin Gaussian dağılımı araştırılarak, engel yüksekliği(Φ ̅bo) ve standart sapma(σo) değerleri hesaplandı. Tüm numunelerde ikili Gaussian dağılımı(GD) belirlendi. Au/n-6H-SiC/Au diyotunun 80K ile 150K aralığında ortalama engel yüksekliği ile standart sapma değerleri sırasıyla 0,53 eV ve 0,066V ve 175K ile 350K sıcaklık aralığında ise 0,99 eV, 0,126 V değerleri bulundu. Au/P3HT-n-6H-SiC/Au yapısı için 80K ile 150K aralığında ortalama engel yüksekliği ile standart sapma değerleri sırasıyla 0,51 eV ve 0,065V bulunurken 175K ile 350K sıcaklık aralığında 1eV ve 0,130 V bulundu. Aynı hesaplamalar Au/P3HT:PCBM(1:1)-n-6H-SiC/Al diyotu için de yapılarak, 80-150K sıcaklık aralığında ortalama engel yüksekliği ile standart sapma değerleri sırasıyla 0,50eV ile 0,067V ve 175-350K sıcaklık aralığında da sırası ile 1,1eV ile 0,150V olarak hesaplandı. Numunelerin her biri için Ln(I0/T2)-q2σ_0^2/2k2T2 'in 103/T 'ye göre grafikleri çizilerek her bölge için modifiye edilmiş Richardson sabiti (A*) ve ortalama engel yükseklikleri(Φ ̅) hesaplandı. Buna göre Au/n-6H-SiC/Au yapısı için ilk bölgede (80K-150K) hesaplanan Richardson sabiti ve ortalama engel yükseklikleri sırası ile 0,5 eV and 3,85 Acm-2K-2 bulunurken 175K-350K sıcaklık aralığında  0.96 eV and 47.62 Acm-2K-2 hesaplandı. Au/P3HT-n-6H-SiC/Au diyotu için srasıyla  0,43 eV, 155,59 Acm-2K-2 ve  0,83eV ile 292,14 Acm-2K-2 bulundu. Au/P3HT:PCBM(1:1)-n-6H-SiC/Al Schottky yapısı için de yine aynı bölgelerde hesaplanarak; 0,52eV, 223,02 Acm-2K-2 ve 1,14 eV ile 669,98 Acm-2K-2 bulundu. Akım iletimi, termiyonik emisyon modeli ve bariyer homojensizliği ile birlikte açıklandı.

Abstract:
The temperature dependent electronic parameters of Au/n-6H-SiC/Au, Au/P3HT-n-6H-SiC/Au and  Au/P3HT:PCBM(1:1)-n-6H-SiC/Al  Schottky contacts have been investigated and analysed in the temperature range of 80K-350 K. The barrier height (Φb), ideality factor (n) and series resistance (RS) of these Schottky diodes are also evaluated using Cheung's and Norde methods. Results show that the barrier heights increase while ideality factor and series resistance decease with increasing temperature. The observed variation in (Φb) and n is attributed to the spatial barrier inhomogeneities in Schottky barrier height by assuming a Gaussian distribution (GD) of barrier heights (BHs) at 80-150 K and 175-350K. The temperature-dependent I-V characteristics of Au/n-6H-SiC/Au  Schottky diode has shown a double Gaussian distribution giving mean barrier heights of 0.53 eV and 0.99 eV and standard deviations of 0.066 and 0.126V, respectively. A mean barrier heights and standard deviations of Au/P3HT-n-6H-SiC/Au diode are 0.51eV , 1eV and 0.065V and 130V, respectively. The experimental data of Au/P3HT:PCBM(1:1)-n-6H-SiC/Al  Schottky diode has also double Gaussian distribution giving mean barrier heights of 0.50 eV and 1.1 eV and standard deviations of 0.067 and 0.150V, respectively. A modified Ln(I0/T2)-q2σ_0^2/2k2T2 versus 103/T plot of Au/n-6H-SiC/Au diode for the two temperature regions gives Φb0 and A* as 0.5 eV and 3.85 Acm-2K-2, and 0.96 eV and 47.62 Acm-2K-2 respectively. A modified Φb0 and A* of Au/P3HT-n-6H-SiC/Au diode are 0,43 eV, 155,59 Acm-2K-2 and 0,83eV and 292,14 Acm-2K-2 respectively. A modified Φb0 and A* of Au/P3HT:PCBM(1:1)-n-6H-SiC/Al Schottky diode are 0,52eV , 223,02 Acm-2K-2 and 1,14 eV and  669,98 Acm-2K-2 respectively. Temperature dependence of modified Richardson plot and electrical parameters of these diodes can be explained based on the thermionic emission theory with double GD of BHs due to the barrier height inhomogeneities at the metal/semiconductor interface.