Au/PVA:Zn/n-Si (MPS)schottky engel diyodun elektriksel özelliklerinin sıcaklık ve radyasyona bağlı incelenmesi
The investigation of temperature and radiation dependent electrical characteristics of Au/PVA:Zn/n-Si (MPS) schottky barrier diodes
Yazar: İLKE TAŞÇIOĞLU
Danışman: PROF. DR. ŞEMSETTİN ALTINDAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Polivinil alkol = Polyvinyl alcohol ; Schottky diyodları = Schottky diodes ; Schottky engelleri = Schottky barriers

Özet:
Çinko asetat [Zn(CH3COO)2.2H2O] katkılı PVA arayüzey tabakalı (PVA:Zn) Au/n-Si Schottky engel diyodun (SBDs) doğru ve ters ön-gerilim akım-voltaj (I-V), kapasitans-voltaj (C-V) ve kondüktans-voltaj (G/ ? -V) karakteristikleri geniş bir sıcaklık aralığında (80-400 K) incelendi. Doğru ön-gerilim ln I-V eğrilerinde görülen kesişme davranışı beklenmeyen bir durum olup akım iletiminin termoiyonik teorisine zıt düşmektedir. Diyodun I-V karakteristiklerindeki bu anormal davranış engel yüksekliklerinin uzaysal dağılımına atfedildi. Termoiyonik Emisyon (TE) teorisinin temeline dayanarak deneysel I-V verilerinin analizi, yüksek ve düşük sıcaklık bölgesi için (200-400 K ve 80-170 K) sırasıyla 0,110 ve 0,087 V standart sapma değerleri ve 1,06 eV ve 0,86 eV ortalama engel yükseklikleri ile ikili Gaussian dağılımını ortaya çıkardı. Sonuç olarak ln(Io/T2)-(q ? )2/2(kT)2 ? q/kT eğrisi düzeltilerek yine yüksek ve düşük sıcaklık bölgesi için (200-400 K ve 80-170 K) sırasıyla 1,06 eV ve 0,85 eV olmak üzere yeni ortalama engel yüksekliği değerleri ile 121 ve 80,4 A/cm2K2 olmak üzere Richardson sabiti (A*) değerleri elde edildi. Elde edilen A*=121 A/cm2K2 Richardson sabiti değeri silisyum için bilinen teorik Richardson sabiti olan 120 A/cm2K2 değerine oldukça yakındır. Deneysel sonuçlar seri direnç ve arayüzey durumlarının sıcaklığa güçlü bir şekilde bağlı olduğunu göstermiştir. Aynı zamanda C-V eğrilerinde görülen anormal pikler seri direnç etkisi ve arayüzey durumlarının sıcaklık ile yeniden yapılanıp düzenlenmesine atfedilebilir. Sıcaklığa bağlı Nss değerleri hem enerjinin bir fonksiyonu olarak I-V verilerinden hemde C-V ve G/ ? -V karakteristikleri kullanılarak Hill-Coleman metodundan elde edildi. Bunların yanı sıra, radyasyonun Au/PVA:Zn/n-Si SBD üzerinde etkisini görmek amacıyla, numune Co60 ??? ışını kaynağına 20 kGy doza maruz bırakıldı. Radyasyondan sonra I-V karakteristiklerinden hesaplanan engel yüksekliği ve idealite faktörü değerlerinin azalırken, seri direnç ve doyum akımı değerlerinin artığı görüldü. Aynı zamanda diyodun taşıyıcı konsantrasyonu, kapasitans ve iletkenlik değerlerinin de uygulanan artan veya eksilen radyasyon dozu ile azaldığı gözlendi.Anahtar Kelimeler : Au/PVA:Zn/n-Si (MPS) yapılar; Elektriksel özellikler; Sıcaklık etkisi; İkili Gaussian dağılım (GD); Radyasyon etkisi.

Abstract:
The forward and reverse bias current-voltage (I-V), capacitance-voltage (C-V) and conductance-voltage (G/ ? -V) characteristics of Au/n-Si Schottky barrier diodes (SBDs) with Zinc acetate [Zn(CH3COO)2.2H2O] doped poly(vinyl alcohol) (PVA:Zn) interfacial layer have been investigated in the wide temperature range of 80-400 K. The crossing of the experimental forward bias semi-logarithmic ln I-V plots is rather unexpected and seems to be in contradiction with thermionic concept of current transport. The abnormal behavior of current-voltage characteristics of SBD has been attributed to spatial variation of barrier height. The analysis of I-V data based on thermionic emission (TE) of the Au/PVA:Zn/n-Si SBDs has revealed the existence of double Gaussian distribution (GD) with mean barrier height (BH) values ( ) of 1,06 and 0,86 eV with standard deviation (?) of 0,110 and 0,087 V, respectively. Thus, we modified ln(Io/T2)-(q ? )2/2(kT)2 vs q/kT plot for two temperature regions (200-400 K and 80-170 K) and it gives renewed mean barrier heights values as 1,06 and 0,85 eV with Richardson constant (A*) values 121 and 80,4 A/cm2K2, respectively. This obtained value of A*=121 A/cm2K2 is very close to the known theoretical value of 120 A/cm2K2 for n-type Si. Our experimental results show that both series resistance (Rs) and interface states (Nss) were strongly functional with temperature. It was observed that C-V and G/ ? -V plots exhibited anomalous peak at forward bias because of Rs and thermal restructuring and reordering of Nss. The density of Nss depending on temperature was determined both by I-V data as a function of energy and Hill-Coleman method using C-V and G/ ? -V characteristics. In addition, to see gamma-ray irradiation effect on electrical characteristics of Au/PVA:Zn/n-Si SBD, the sample was exposed to 60Co ? -ray source at 20 kGy. It was seen that the barrier height and ideality factor calculated from I-V characteristics decreased after the applied radiation, while the saturation current and series resistance values increased. It was also seen that the carrier concentration, the capacitance and conductance of device decreased with radiation dose.Key Words : Au/PVA:Zn/n-Si (MPS) structures; Electrical properties; Temperature effect; Double Gaussian distribution(GD) Radiation effect.