Au/PVA:Zn/n-Si (MPS) yapıların hazırlanması ve temel elektriksel özelliklerinin ışık altında incelenmesi
The preperation of Au/PVA:Zn/n-Si (MPS) structures and investigation of main electrical characteristics under illumination
Yazar: UMUT AYDEMİR
Danışman: PROF. DR. ŞEMSETTİN ALTINDAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Diyodlar = Diodes ; Fiziksel ölçümler = Physical measurements ; Fiziksel özellikler = Physical properties ; Fotodedektörler = Photodetectors ; Fotodiyot = Photodiode ; Fotoelektriksel özellikler = Photoelectrical properties ; Schottky diyodları = Schottky diodes ; Schottky eklemi = Schottky junction ; Schottky engelleri = Schottky barriers ; Schottky kontakları = Schottky contacts

Özet:
Bu çalışmada, geleneksel Au/n-Si diyotlar, n-Si alttaş üzerine elekrodündürme metoduyla Zn katkılı PVA (PVA:Zn) arayüzey tabakası kaplanarak modifiye edildi. PVA:Zn tabakasının yüzey morfolojisi hakkında bilgi edinmek için, taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri farklı yakınlaştırmalarda incelendi. PVA:Zn arayüzey tabakasına sahip Au/n-Si diyodun doğru ve ters ön-gerilim akım-voltaj (I-V), kapasitans-voltaj (C-V) ve kondüktans-voltaj (G/-V) karakteristikleri oda sıcaklığında incelendi ve deneysel sonuçlar geleneksel olanla kıyaslandı. Deneysel I-V sonuçları gösterdi ki modifiye edilmiş Au/PVA:Zn/n-Si diyot çok iyi doğrultma davranışına sahiptir. İdealite faötürü (n), seri direnç (Rs), şönt direnci (Rsh) ve bariyer yüksekliği (B) gibi temel elektriksel parametreler düz ve ters ön gerilim I-V karakteristiklerinden elde edildi. Diyotların Rs değerleri Cheung fonksiyonları, Ohm yasası ve Norde metodları ile hesaplandı. Ayrıca, arayüzey durumlarının enerji dağılımı (Nss) voltaja bağlu efektif bariyer yüksekliği ve Rs göz önüne alınarak doğru beslem I-V ölçümlerinden elde edildi. Nss değerlerinin yasak enerji aralığının ortasından iletim bandının altına doğru eksponansiyel olarak arttığı gözlendi. Buna ilaveten, modifiye edilmiş Au/PVA:Zn/n-Si diyotun admittans, (C-V) ve (G/ω-V) karakteristikleri hem karanlık hemde farklı aydınlatma şiddetlerinde incelendi. Deneysel C-V eğrileri metal/yarıiletken (M/S) arayüzeyinde arayüzey durumlarının veya elektron-hol çiftlerinin aydınlatma ile tetiklenenmesi ile pik verdiği görüldü. Aygıtın katkılama yoğunluğu (ND), tüketim tabakasının kalınlığı (WD) ve bariyer yüksekliği (ΦB(C-V)) gibi ana elektriksel parametreleri C-2-V eğrileri çizilerek belirlendi. Bunun yanında farklı aydınlatma şiddetleri için (C-V) ve (G/ω-V) dataları kullanılarak voltaja bağlı Rs değerleri elde edildi. Tüm bu bulgular Au/PVA:Zn/n-Si diyotun I-V, C-V ve G/-V karakteristiklerinin aydınlatma ile oldukça etkilendiğini doğruladı. Modifiye edilmiş Au/PVA:Zn/n-Si diyotların 250 W gibi yüksek aydınlatma şiddetlerinde bile bir fotodiyot olarak kullanılabilceği gözlendi.

Abstract:
In this study, conventional Au/n-Si diodes were modified with Zn doped poly(vinyl alcohol) (PVA:Zn) interfacial layer which coated by electrospinning technique on n-Si substrate. In order to obtain information about the surface morphology of PVA:Zn layer, scanning electron microscope (SEM) images have been investigated for various magnifications. The current voltage (I-V), capacitance voltage (C-V) and conductance-voltage (G/-V) measurements of Au/n-Si diodes with PVA:Zn interfacial layer have been carried out at room temperature and experimental results compared with conventional one. The experimental I-V results show that the modified Au/PVA:Zn/n-Si diode has a very good rectifying behavior. The main electrical parameters such as ideality factor (n), series resistance (Rs), shunt resistance (Rsh) and barrier height (B) were determined from forward and reverse bias I-V characteristics. The Rs value of diodes was calculated from Cheung's functions, Ohm's law and Norde's method. Also, the energy distribution of interface states (Nss) was obtained from forward bias I-V measurements by taking bias dependence of the effective barrier height (e) and Rs into account. There is an exponential growth of Nss from the midgap towards to bottom of conduction band. In addition, the admittance, (C-V) and (G/ω-V), characteristics of modified Au/PVA:Zn/n-Si diodes were investigated both dark and under various illumination intensities. Experimental results demonstrate that the C-V plots give a peak due to the illumination induced interface states or electron-hole pairs at metal/semiconductor (M/S) interface. The C-2-V plots were also drawn to determine main electrical parameters such as doping concentration (ND), depletion layer width (WD) and barrier height (ΦB(C-V)) of device. Besides, the voltage dependence Rs values were obtained from C-V and G/ω-V data by using Nicollian and Brews method for various illumination intensities. All these observations confirm that I-V, C-V and G/-V characteristics of Au/PVA:Zn/n-Si were strongly affected by illumination. Modified Au/PVA:Zn/n-Si diodes can be used as a photodiode as much as 250 W illumination levels.