Au/C20H12/n -Si Schottky engel diyotların (SBDs) elektriksel karakteristiklerinin sıcaklığa bağlı incelenmesı
Investigation of temperature dependent electrical characteristics of the Au/C20H12/n -Si schottky barrier diodes (SDSs)
Yazar: KANİ MORAKİ
Danışman: PROF. DR. MEHMET MAHİR BÜLBÜL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Au/C20H12/n-Si Schottky engel diyotları (SBDs) hazırlandı ve onların ters doyum gerilimi (Io), idealite faktörü (n), sıfır beslem engel yüksekliği (ΦB0), seri ve kısa-devre dirençleri (Rs, Rsh) gibi temel elektriksel parametreleri, doğru ve ters öngerilim akım-voltaj-sıcaklık (I-V-T) karakteristikleri kullanılarak belirlendi. Io, n, ΦBo, Rs ve Rsh değerleri 160 K için sırasıyla 1.974x10-7 A, 6.434, 0.351 eV, 30.22  ve 18.96 k at ve 380 K için ise 1.061x10-6A, 2.34, 0.836 eV, 5.82  ve 24.52 k bulundu. Deneysel sonuçlar n değerinin artan sıcaklıkla azalırken ΦBo değerinin ise artmakta olduğunu gösterdi. ΦBo değerinin sıcaklıkla değişimi, yarıiletken yasak enerji aralığının negatif sıcaklık değişim katsayına aykırıdır. Bu yüzden, Gaussian dağılıma bir delil teşkil etmek amacıyla ΦBo - n, ΦBo-q/2kT ve (n-1-1)-q/2kT grafikleri çizildi ve bunların bir doğru verdiği gözlendi. Ortalama engel yüksekliği değeri (Φ ̅bo), n=1 için, ΦBo – n grafiğinin kesim noktasından 0.983 eV bulundu.  Aynı zamanda, ΦBo-q/2kT grafiğinin eğim ve kesişme noktasından; Φ ̅bo ve standart sapması (s) değerleri sırasıyla 1.123 eV ve 0.151 V bulundu. Böylece modifiye edilmiş Richardson grafiği elde edildi ve bu grafiğin eğim ve kesişme noktasından Φ ̅bo ve Richardson sabiti (A*) değerleri sırasıyla 1.116 eV ve 113.44 A.cm-2K-2 olarak elde edildi. Elde edilen deneysel A* (=113.44 A.cm-2K-2) n-Si için bilinen 112 A.cm-2K-2 değerine çok yakın olduğu görülmektedir. Buna ilaveten, arayüzey durumlarının (Nss) enerjiye bağlı dağılım grafikleri 120, 200, 300 ve400 K sıcaklıkları için; voltaja bağlı etkin engel yüksekliği (e) ve idealite faktörü n(V) değerleri kullanılarak elde edildi. Sonuç olarak, hazırlanan Au/C20H12/n-Si diyotların tüm sıcaklık aralığında akım-iletim mekanizmasının başarıyla termiyonik emisyon (TE) teorisi bazlı Gaussian dağılımlı (GD) engel yükseklikleri ile açıklanabilmektedir.

Abstract:
In this study, Au/C20H12/n-Si Schottky barrier diodes (SBDs) were fabricated and their main electrical parameters such as reverse-saturation current (Io), ideality factor (n), zero-bias barrier height (Bo), series and shunt resistances (Rs, Rsh) were determined by using the forward bias current-voltage-temperature (I-V-T) characteristics as 1.974x10-7A, 6.434, 0.351 eV, 30.22  and 18.96 k at 160 K and 1.061x10-6A, 2.34, 0.836 eV, 5.82  and 24.52 k at 380 K, respectively. Experimental results show that the value of n decrease with increasing temperature, but ΦBo increases. The change in ΦBo with temperature is not agreement with negative temperature coefficient of forbidden bad-gap of semiconductor (Si). Thus, ΦBo vs n, ΦBo and (n-1-1) vs q/2kT plots were drawn to obtain an evidence of a Gaussian distribution (GD) of the BHs and all of them have a straight line. The mean value of BH (Φ ̅Bo) was found as 0.983 eV from the intercept of ΦBo vs n plot (for n=1). Also, the value of Φ ̅Bo and standard deviation (s) were found as 1.123 eV and 0.151 V from the slope and intercept of ΦBo vs q/2kT plot. By using the modified Richardson plot, the Φ ̅Bo and Richardson constant (A*) values were obtained as 1.116 eV and 113.44 A.cm-2K-2 from the slope and intercept of this plot, respectively. It is clear that this value of A* (=113.44 A.cm-2K-2) is very close to their theoretical value of 112 A.cm-2K-2 for n-Si. In addition, the energy density distribution profile of surface states (Nss) was obtained from the forward bias I-V data by taking into account the bias dependent of the effective barrier height (e) and ideality factor n(V) for four different temperatures (120, 200, 300, and 400 K). In conclusion, the I-V-T measurements of the Au/C20H12/n-Si SBD in the whole temperature range can be successfully explained on the basis of thermionic emission (TE) theory with GD of the BHs.