Sılar metoduyla elde edilen Cd/CdS/n-GaAs/In yapının karakteristiklerinin numune sıcaklığına bağlı olarak incelenmesi
Investigation of characteristics of the Cd/CdS/n-GaAs/In structure depending on sample temperature obtained by Sılar method
Yazar: ELVAN BUĞUR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SAĞLAM
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, [100] doğrultusunda büyütülmüş, 450 ?m kalınlığına ve 2.5x1017 cm-3 donor konsantrasyonuna sahip n-tipi GaAs kristali kullanıldı. Kristalin mat yüzeyine indiyum metali buharlaştırılarak omik kontak yapıldı. Diğer yüzeyine ise Sıralı İyonik Tabaka Çökelmesi ve Reaksiyon (SILAR) tekniği ile CdS ince filmi büyütüldü. Büyütülen ince filmin morfolojik özellikleri XRD ve SEM teknikleri ile incelendi. Filmin kristal yüzeyini tamamen kapladığı ve hemen hemen homojen olduğu görüldü. Yüzey özellikleri incelenen CdS film üzerine 10-5 Torr basınçta Cd buharlaştırılarak Cd/CdS/n-GaAs/In sandviç yapısı elde edildi. Elde edilen Cd/CdS/n-GaAs/In sandviç yapının önce oda sıcaklığında I-V, C-V ve C-f ölçümleri alındı ve daha sonra 80 K'den başlayarak 20 K'lik adımlarla 320 K'e kadar her bir sıcaklıkta I-V ölçümleri tekrar alındı. Bu ölçümlerden elde edilen deneysel datalar kullanılarak gerekli grafikler çizildi. Numune sıcaklığının bir fonksiyonu olarak doğru beslem I-V karakteristiklerinden engel yükseklikleri ve idealite faktörleri hesaplandı. Engel yüksekliğinin artan sıcaklıkla arttığı ve idealite faktörünün ise azaldığı görüldü. Bu durum metal-yarıiletken arayüzeyindeki engelin inhomojenliğine atfedildi. Norde fonksiyonu kullanılarak sıcaklığa bağlı engel yükseklikleri ve seri direnç değerleri hesaplandı. Seri direnç değerlerinin artan sıcaklıkla azaldığı görüldü. Ayrıca modifiye edilmiş ln(I0/T2)-q2?s2/(2k2T2)'nin 1/T'ye karşı grafiğinden Richardson sabiti ve engel yüksekliğinin değeri sırasıyla A*=42.784 A/cm2K2, =0.885 eV olarak bulundu. n-GaAs için Richardson sabiti değerinin bilinen değerden farklı çıkması, düşük ve yüksek engelli alanlardan ibaret olan arayüzeydeki potansiyel dalgalanmalarıyla ve homojen olmayan engel yüksekliği ile açıklanabileceği ifade edildi. Cd/CdS/n-GaAs/In sandviç yapının C-V ölçümleri oda sıcaklığında 10 kHz, 50 kHz, 100 kHz, 300 kHz, 500 kHz ve 1 MHz frekanslarında alındı. Ters beslem C-2-V grafiğinden difüzyon potansiyelleri, Fermi enerji seviyesi değerleri ve engel yükseklikleri değerleri elde edildi. Oda sıcaklığında elde edilen farklı frekanslardaki C-f karakteristikleri yardımıyla da arayüzey hal yoğunluğu ve zaman sabitinin arayüzey hal enerjisine karşı değişim karakteristikleri çizildi ve değerlendirildi. Sonuç olarak, SILAR metoduyla direkt n-GaAs yarıiletkeni üzerine büyütülen CdS ince filminin Cd/n-GaAs metal-yarıiletken kontaklarda güvenle kullanılabileceği görüldü.

Abstract:
In this study, n-GaAs wafer with [100] orientation, 450 ?m thickness and 2.5x1017 cm-3 doping density was used. Omic contact was performed by evaporating In metal on the mat surface of cristal. On the other surface of the sample, CdS thin film was grown with the technique of Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction (SILAR). Morpholocigal features of the grown thin film were examined with XRD and SEM techniques. It was observed that thin film totally covered the cristal surface of the film and was nearly homogeneous. A sandwich structure was obtained by evaporating Cd on the CdS film, surface features of which were examined. First, at room temparature of the Cd/CdS/n-GaAs/In sandwich structure I-V; C-V and C-f measurements were obtained and then this I-V measurements from 80 K to 320 K by 20 K steps were done. The necessary graphics were drawn by using experimental data obtained from these measurements. The parameters such as barrier height and ideality factor of this structure were calculated from the forward bias I-V characteristics as a function of sample temperature. It was seen that ideality factors decreased and barrier heights increased with increasing temperature. These cases can be explained by the barrier inhomogeneities at the metal-semiconductor interface. By using Norde?s function the barrier height and series resistance values were calculated depending on temperature. It was seen that the values of the series resistance decreased with increasing temperature. Also, from a modified ln(I0/T2)-q2?s2/(2k2T2) versus 1/T plot the value of the Richardson constant and barrier height were found A*=42.784 A/cm2K2, =0.885 eV, respectively. The value of the Richardson constant was obtained different from the experimental values for n-GaAs which can be explained by in-homogeneous barrier height and potential fluctuations in interface which are made up low and high barrier fields. C-V measurements of the Cd/CdS/n-GaAs/In sandwich structure were obtained at room temperature at 10kHz, 50 kHz, 100 kHz, 300 kHz, 500 kHz and 1 MHz. From reverse bias C-2-V graphics, diffusion potentials, Fermi energy level values and barrier heights were obtained. C-f measurements were obtained at room temperature at different frequencies and, thus the characteristics of the interface state densities and time constants versus interface state energies were plotted and evaluated. Consequently, it was seen that CdS thin film grown directly on n-GaAs semiconductor will be used confidently in Cd/n-GaAs metal-semiconductor contacts thanks to SILAR medhod.