Au/Ca3Co4Ga0,001Ox/n-Si yapılarda doğru ve ters beslem akım-voltaj (I-V) karakteristiklerinin 80-340 K sıcaklık aralığında incelenmesi
FORWARD AND REVERSE BIAS CURRENT-VOLTAGE (I-V) CHARACTERISTICS OF Au/Ca3Co4Ga0,001Ox/n-Si STRUCTURES IN TEMPERATURE RANGE OF 80-340 K
Yazar: ELİF MARIL
Danışman: PROF. DR. ŞEMSETTİN ALTINDAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Au/Ca3Co4Ga0,001Ox/n-Si yapılarda, akım-iletim mekanizmaları 80-340 K sıcaklık aralığında incelendi. LnI-V grafikleri, düşük (0,075-0,250 V) ve orta (0,27-0,70 V) voltajlarda iki lineer bölge sergiledi. Engel yüksekliği (Bo) ve idealite faktörü (n) değerleri bu bölgelerin kesim noktası ve eğimlerinden elde edildi. Bo değeri artan sıcaklıkla artarken n değeri azalmaktadır. Gaussian dağılıma (GD) delil teşkil etmek amacıyla Bo ve (n-1-1) - q/2kT ile Bo - n grafikleri çizildi ve hepsinde farklı eğimli iki lineer bölge gözlendi. Bu bölgeler düşük sıcaklık (LTR): (80-160 K) ve yüksek sıcaklık  (HTR): (200-340 K) aralıklarıdır. Ortalama engel yüksekliği ( ) ve standart sapma (s) değerleri ΦBo-q/2kT grafiğinden küçük voltajlarda LTR için 0,382 eV, 0,060 V ve HTR için ise 0,850 eV, 0,135 V elde edildi. Orta voltajlarda ise bunlar LTR için 0,364 eV, 0,059 V HTR için 0,806 eV, 0,132 V elde edildi. Bu değerler kullanılarak modifiye Richardson ((Ln(Io/T2)-(q2s2/2k2T2)-q/kT) grafiğinin eğimi ve kesme noktasından Φ ̅Bo ve Richardson sabiti (A*) değerleri sırasıyla düşük voltajlarda; LTR için 131,81 Acm-2K-2, 0,381 eV ve HTR için 129,35 Acm-2K-2, 0, 854 eV elde edilirken orta voltajlarda LTR için 148,01 Acm-2K-2, 0,377 eV ve HTR için 143,77 A.cm-2K-2, 0,812 eV elde edildi. Bu sonuçlar, akım iletim mekanizmasının Termiyonik eMSyon  (TE) bazlı çift GD ile açıklanabileceğini göstermektedir. Ters beslemde çizilen Ln (Ir/Er)-E0,5 grafikleri de farklı lineer bölge sergiledi ve kesme noktası B(T) ve eğimleri m(T) değerlerinin q/kT'ye karşı grafikleri çizildi. Ca3Co4Ga0,001Ox tabakasının dielektrik sabiti () ve engel yüksekliği (t) sırasıyla bu grafiklerin eğimlerinden sırasıyla 3,1 ve 37,1 meV olarak elde edildi. Bu sonuçlar, Ir-Vr karakteristiklerinin elektrik alana bağımlılığı ile tanımlanabildiğini göstermektedir. Bu nedenle, Au/Ca3Co4Ga0,001Ox/n-Si yapılarda baskın iletim mekanizması Frenkel-Poole eMSyonu (FPE) veya Schottky eMSyonu (SE) ile açıklanabilir. Bu t değeri oldukça düşüktür ve 3,1 olarak bulunan dielektrik sabiti ise SiO2'nin geleneksel dielektrik değerine (3,8) yaklaşmaktadır. Elde edilen sonuçlar, (Ca3Co4Ga0,001Ox) ara yüzey tabakasının esnek, üretimi kolay ve düşük maliyet açısından geleneksel SiO2 yalıtkan tabakanın yerine kullanılabileceğini göstermektedir.

Abstract:
Current transport mechanisms (CTMs) of Au/Ca3Co4Ga0,001Ox/n-Si/Au structures were investigated in the temperature range of 80-340K. LnI-V plots show two distinct linear regions corresponding to low (0,075-0,250 V) and moderate (0,27-0,70 V) biases. The barrier height (BH) Bo and ideality factor (n) values were obtained from the intercept and slope of these plots. While Bo increases with increasing temperature, n decreases. Bo and (n-1-1) vs q/2kT and Bo vs n plots were drawn to get an evidence of Gaussian distribution (GD) of the BHs. These plots, show also two linear regions corresponding to low (80-160K) and high (200-340K) temperatures which are called as LTR and HTR. Mean value (Φ ̅Bo) and standard deviation (s) were extracted from the intercept and slope of ΦBo vs q/2kT plots for two linear regions as 0,382 eV, 0,060 V for LTR and 0,850 eV, 0,135 V for HTR at low biases and 0,364 eV, 0,059 V for LTR and 0,806 eV, 0,132 V for HTR at moderate biases. Φ ̅Bo and Richardson constant (A*) values were also obtained from the intercept and slope of the modified Richardson (Ln(Io/T2)-(q2s2/2k2T2) vs q/kT) plots as 131,81 Acm-2K-2, 0,381 eV for LTR and 129,35 Acm-2K-2, 0,854 eV for HTR at low biases and 148,01 Acm-2K-2, 0,377 eV for LTR and 143,77 A.cm-2K-2, 0,812 eV for HTR at high biases. CTM can be successfully explain in terms of thermionic eMSsion (TE) with the double GD of BHs. Reverse bias Ln (Ir/Er) vs E0,5 plots show also straight lines with different slopes. Both the intercepts B(T) and slopes m(T) values versus q/kT plots were drawn. These results show that the IR-VR characteristics can be well described by the electric field dependence so the dominant conduction mechanisms are either Frenkel-Poole (FP) eMSsion or Schottky eMSsion (SE). The i and t values were found as 3,1 and 37,1 meV. t is considerably low and the value of i (3,1) is closed to conventional of SiO2 layer (3,8). These results confirmed that (Ca3Co4Ga0,001Ox) layer can be used instead of a conventional of SiO2 layer in the terms of flexibility, easy production and low cost.