Organik ara yüzey tabakalı metal-yarıiletken (MS) yapıların oluşturulması ve frekansa bağlı elektriksel özelliklerinin incelenmesi
Formation of metal-semiconductor (MS) structures with organic interface layers and examination of frequency-dependent electrical properties
Yazar: NESLİHAN DELEN
Danışman: DOÇ. DR. AKİF ÖZBAY
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, oda sıcaklığında farklı katkı oranlarına sahip (CdxZn1-xO) (x=0.1,0.2 ve 0.3) sol-gel spin kaplama yöntemi ile p-Si alttaş üzerine büyütülmüştür. Çinko oksite (ZnO) Kadminyum (Cd) katkısının Al/(CdxZn1-xO) /p-Si Metal/Ara Yüzey/ Yarıiletken (MIS) tipi Schottky diyotların (SD) elektriksel özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Bu nedenle Al/ (Cd:ZnO)/p-Si SD'ler aynı koşullar altında aynı p-Si alttaş üzerine büyütülmüştür. Bu diyotların temel elektronik parametreleri, geniş bir frekans (0.1kHz-1MHz) ve voltaj (4.5V) aralığında I-V verileri kullanılarak hesaplanmış ve farklı numuneler için karşılaştırılmıştır. İdealite faktörü (n), bariyer yüksekliği (ФB0), seri direnç (Rs), şönt direnci (Rsh) ve düzeltme oranı (RR) değerleri 4.5 V voltaj aralığında termiyonik emisyon teorisi ve Cheung fonksiyonuna göre hesaplanmıştır. Farklı katkı oranına sahip numuneler için parametrelerin de değişiklik göstermiştir. Üretilen Schottky diyotların enerjiye bağlı yüzey durumları ileri yönde gerilim I-V verilerinden çıkarılmıştır ve MIS tipi SD'ler için oldukça uygun bir değer olan 1012 eV-1 cm-2 mertebesinde bir değer bulunmuştur. Elde edilen sonuçlar, n, Rs, Nss'nin düşük değerleri ve yüksek düzeltme oranı (RR=Iforward/Irevese at ±4.5V) açısından en iyi SD'nin %30 Cd ve %70 ZnO oranına sahip olduğunu göstermiştir. Ayrıca Al/(CdxZn1-xO) /p-Si yapısının dielektrik özellikleri de incelenmiştir. Karmaşık dielektrik sabiti (ε*), karmaşık elektrik modülü (M*), karmaşık empedansın (Z*), kayıp tanjant (tanδ), elektriksel iletkenlik (σ) ve kutuplanma durumları için C-V, G/ω-V ölçümleri geniş bir frekans (0.1kHz-1MHz) ve voltaj (-4V- +5V) aralığında 0.1V adımlarla oda sıcaklığında ölçümler yapılmıştır. 50 kHz altında yaklaşık olarak 3.5 V 'ta negatif dielektrik gözlenmiştir. Al/(Cd0.3:Zn0.7O)/p-Si için elde edilen kompleks dielektrik reel kısmı (ε') değeri 500 kHz'de klasik olarak kullanılan SiO2'den yirmibeş kat daha büyük olduğu görülmüştür. Böylece Cd katkılı ZnO ara yüzey tabakası daha çok enerji ve yük depolamak için geleneksel yalıtkan katmanların yerine başarıyla kullananılabilen bir katman olduğu görülmüştür

Abstract:
In this study, a CdxZn1-xO interlayer with different contents of Cd (x= 0.1, 0.2, 0.3) was grown onto a pSi wafer by sol–gel technique on the electronic characteristics at room temperature. The effect of cadmium (Cd) incorporation to zinc oxide (ZnO) on the electrical properties of Al/(CdxZn1-xO) /p-Si Metal/Interface/ Semiconductor (MIS) type Schottky diodes (SD) was investigated. For this aim, the Al/ (Cd: ZnO)/pSi SD was fabricated on the same p-Si substrate under the same conditions. The basic electronic parameters of these diodes were calculated using I-V data over a wide frequency (0.1kHz-1MHz) and voltage (4.5V) range and compared for different samples Ideality-factor(n), potential barrier (ФBo), series resistance (Rs,), shunt resistance (Rsh), and rectification rate (RR) (Iforward/Ireverse) values were calculated based on thermionic emission (TE) theory and Cheung function between -4.5V and 4.5V. There parameters also varied for the samples with different doping ratios. Energy-dependent surface state profiles of produced Schottky diodes were also extracted from the forward bias IV data, and their magnitude was found on the order of 1012eV-1.cm-2 which is very appropriate for the MIS type SD. All of the results indicated that the best SD has ratio of 30% Cd and 70% ZnO in terms of the low values of n, Rs, Nss, and high rectification ratio (RR=Iforward/Ireverse at ±4.5V). Also, dielectric properties of Al/(CdxZn1-xO)/p-Si structure were scrutinized. In order to supply more information both on the complex dielectric (ε*), complex electric modulus (M*), complex empedance (Z*), loss-tangent (tanẟ), electrical-conductivity and polarization processes, measurements of C-V and G/ω-V were made in the broad frequency range of 0.5kHz-1MHz between -4V and +5V by 0.1V steps at room temperature. Negative-dielectric (ND) was observed under 50 kHz at about 3.5 V.The obtained value of ε' for Al/(Cd0.3:Zn0.7O)/p-Si at 500 Hz is about 25 times higher than those using traditional SiO2 as an interfacial layer and so it can be successfully used to more charges or energy storage