Sılar tekniği ile büyütülen cds ince filmlerin sandviç tipi devre elemanları yapımında kullanılması ve bu yapıların karakteristiklerinin incelenmesi
Using the cds thin films deposited by silar method in sandwich type devices and investigation of characteristics this structures
Yazar: BETÜL GÜZELDİR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SAĞLAM
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Fizik = Physics

Özet:
Doktora Tezi olarak sunulan bu çalışmada <111> yönelimine sahip, 1-10 ?.cm özdirençli ve 400 µm kalınlıklı, fabrikasyon olarak parlatılmış n-tipi Si yarıiletkeni kullanıldı. Kristalin mat yüzeyine Au-Sb alaşımı buharlaştırılarak omik kontak yapıldı. Parlatılmış yüzey üzerine Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction (SILAR) tekniği ile CdS ince filmi büyütülmeden önce numunenin omik kontak yapılmış mat tarafı ve kenarları siyah wax ile kapatıldı. Büyütülen ince filmlerin optiksel ve yapısal özellikleri XRD, SEM ve EDX teknikleri ile incelendi. CdS ince filmlerin kristal yüzeyini tamamen kapladığı, hemen hemen homojen olduğu ve polikristal özellik gösterdiği XRD ve SEM ölçümleri sonucunda tespit edildi. Yüzey özellikleri incelenen CdS filmleri üzerine 10-5 torr basınçta Cd buharlaştırılarak aynı şartlar altında üç tane Cd/CdS/n-Si/Au-Sb sandviç yapısı elde edildi. İlk olarak bu üç yapının oda sıcaklığında akım-voltaj (I-V) ve kapasite-voltaj (C-V) karakteristikleri incelendi. Termal tavlamanın etkisini görmek amacıyla birinci Cd/CdS/n-Si/Au-Sb sandviç yapısı azot gazı ortamında sırasıyla 50, 100, 150, 200, 250 ve 300oC'de 3 dakika süreyle tavlandı ve her tavlama işleminin ardından I-V karakteristikleri oda sıcaklığında incelendi. Numune sıcaklığına bağlı değişimi incelemek amacıyla ikinci sandviç yapının I-V ve C-V karakteristikleri 320K ile 80K sıcaklık aralığında 20 K adımlarla incelendi. Zamana bağlı degişimi gözlemlemek amacıyla üçüncü sandviç yapının I-V ve C-V ölçümleri 1. gün, 3. gün, 5. gün, 15. gün, 30. gün, 45. gün, 60. gün, 75. gün, 90. gün, 105. gün, 120. gün, 135. gün, 150. gün ve 165. günlerde tekrarlandı. Cd/CdS/n-Si/Au-Sb sandviç yapılarının değişen tavlama sıcaklığı, numune sıcaklığı ve zamana bağlı olarak doğru beslem I-V karakteristiklerinden idealite faktörleri, engel yükseklikleri ve seri direnç değerleri hesaplandı ve bu karakteristiklerin değişiminin ?engel inhomojenliği modeline? uyduğu görüldü. Sıcaklığa bağlı taşıyıcı iletim mekanizması tekli Gauss dağılımı temelinde incelendi. Ayrıca Cd/CdS/n-Si/Au-Sb sandviç yapıların C-V karakteristikleri 500 kHz frekansta numune sıcaklığına ve zamana bağlı olarak araştırıldı ve ters beslem C-2-V grafiklerinden difüzyon potansiyelleri, Fermi enerji seviyesi değerleri ve engel yükseklikleri değerleri bulundu. Cd/CdS/n-Si/Au-Sb sandviç yapının I-V ve C-V karakteristiklerinin termal tavlamayla hafifçe iyileştiği ve yine bu yapının karakteristiklerinin zamanla hemen hemen kararlı olduğu görüldü.

Abstract:
In this PhD thesis, cleaned and polished n-type Si semiconductor with <111> oriention and 1-10 ?-cm resistivity was used. The ohmic contact was made by evaporating Au?Sb alloy on the back of the substrate. After ohmic contact was made, the ohmic contact side and the edges of the n-Si semiconductor substrate was covered by wax so that the polished and cleaned front side of the semiconductor sample was exposed to the cationic precursor solution employed for SILAR method. The XRD, SEM and EDX methods are used to investigate the optical and structural properties of films. The XRD and SEM studies revel that the films are covered well on Si substrate and have good polycrystalline structure, crystalline levels and it has been determined that Cd and S elements are present in the thin film by using EDX technique. To perform the electrical measurement Cd was evaporated on the CdS thin films at 10-5 Torr. In this way, three Cd/CdS/n-Si/Au-Sb structures were obtained on similar terms. Firstly, the I-V and C-V characteristics of the these structures were measured immediately at room temperature in the dark. In order to observe the effect of the thermal annealing, first Cd/CdS/n-Si/Au-Sb structure has been annealed at temperatures from 50 to 300oC for 3 min in N2 atmosphere and the I-V, C-V measurements carried out after each thermal annealing. The I-V and C-V measurements of the second structure have been measured between 320-80 K with 20K steps to determine the effect of the sample temperature. The third structure measurements were also repeated 1, 3, 5, 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120, 135, 150 and 165 days after fabrication of the Cd/CdS/n-Si/Au-Sb structure in order to observe the effect of the ageing. The characteristic parameters such as barrier height, ideality factor and series resistance of this structure have been calculated from the forward bias I-V characteristics as a function of annealing temperature, sample temperature and ageing time with different methods. The ideality factor and barrier height values have slightly changed with the change of the annealing temperature, sample temperature and ageing time, the case has been attributed to the presence of the lateral inhomogeneities of the barrier height.The temperature dependent I-V characteristics of the structure have been discussed in terms of the mono-Gaussian distribution model. Finally, diffusion potentials, doping concentrations, and the fermi energy values were obtained from the C-V characteristics at 500 kHz as a function of sample temperature and ageing time. It has been seen that the I-V and C-V characteristics of Cd/CdS/n-Si/Au-Sb structures have lightly improved with the change of the annealing temperature and have remained nearly unchanged with the increase of ageing time.