Au/CdTe ve Ag/CdTe eklemlerin yapısal ve opto-elektronik özellikleri
Structural and opto-electronic properties of Au/CdTe and Ag/CdTe junctions
Yazar: MURAT ÇALIŞKAN
Danışman: PROF.DR. TAYYAR CAFEROV
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Omik kontak ya da Schottky diyot amacı ile üretilen metal-yarıiletken yapıların kararlılığıeklemi oluşturan komponentlerin kararlılığı ve birbirleri ile etkileşmelerine bağlıdır. Buamaçla CdTe yarıiletkeninde omik ya da Schottky eklem olarak kullanılan Au, Agmetallerinin CdTe'de difüzyonu, Au ve Ag katkılı CdTe filmlerin ve Au/CdTe, Ag/CdTeeklemlerin yapısal, optik ve elektrik özellikleri incelendi.Yakın mesafeli buharlaştırma yöntemi ile elde edilen CdTe filmlerin yapısal özellikleri XRDyöntemi ile araştırıldı. Üretilen filmlerin kübik ve hekzagonal yapıda boyutları ortalama0,1Î¼m olan polikristal CdTe taneciklerden oluştuğu belirlendi. Cam üzerine yaklaşık 4Î¼mkalınlıkta kaplanan CdTe ince film yarıiletkeninin optik absorpsiyonun spektral değişimindenyasak enerji aralığı 1.5eV olarak belirlendi.P ve n tip CdTe için elektriksel ölçümlerde kullanılacak omik kontak metali olarak 9,6x106ohm.cm2 lik kontak direnci ile GaIn sıvı metali belirlendi.Elektron demeti kaplama yöntemi ile CdTe üzerine kaplanan Au metalinin 350-550oCsıcaklıkları arasında CdTe ye difüzyonu, XRF yöntemi ile belirlendi. Buradan difüzyonçarpanı 4,4x10-7 cm2/s ve aktivasyon enerjisi 0,54eV olarak belirlendi. Au difüzyonununCdTe nin yapısına etkisi XRD yöntemi ile arastırıldı ve difüzyon sonrası filmde kübik vehekzagonal yapıda polikristal CdTe taneciklerin oluştuğu belirlendi. Termal difüzyon ile eldeedilen Au katkısı p tip CdTe yarıiletkenin yasak enerji bandında akseptör özellikte, valansbanttan yukarıda 0,2eV luk eneji seviyesine sahip olduğu belirlendi.Au/pCdTe eklemin elektriksel özellikleri incelendi ve eklemin omik özellik gösterdiğibelirlendi.Elektron demeti kaplama yöntemi ile CdTe üzerine kaplanan Ag metalinin 350-450oCsıcaklıkları arasında CdTe ye difüzyonu, XRF yöntemi ile belirlendi. Buradan elde edilendifüzyon çarpanı 4x10-7cm2/s ve difüzyon aktivasyon enerjisi 0,72eV olarak belirlendi.Kübik CdTe filmde Ag difüzyonu sonrası XRD ölçümleri sonucu Ag2Te fazının oluştuğubelirlendi. Bununla birlikte iletkenliğin sıcaklıkla değişimi ölçümünden Ag2Te fazının oluşmasıcaklığında (145oC) Ag katkılı CdTe filmin iletkenliğinin değiştiği belirlendi. Ag ilekatkılanan CdTe filminde optik yöntem ve iletkenlik sıcaklık ölçümlerinden yasak banttakatkı nedeni ile valans banttan yukarıda 0.09eV luk katkı seviyesinin oluştuğu belirlendi.280-420oC sıcaklıkları arasında Ag metalinin Ag/CdTe yapıda ışıkla uyarılmış difüzyonuincelendi. Ag nin ışıkla uyarılmış difüzyon katsayısı termal difüzyon katsayısından 4 kat dahabüyük olduğu tespit edildi.Ag/pCdTe eklemin elektriksel karakteristikleri incelendi ve Schottky diyot karakterindeolduğu belirlendi. Akım gerilim ölçümlerinden diyodun engel yüksekliği 0,7-0,8eV olarak,doyma akım yoğunluğu 3,7x10-8 A/cm2, ideallik çarpanı 1,9-10 olarak hesaplandı.Anahtar Kelimeler : CdTe, Difüzyon, Au/CdTe, Ag/CdTe, Omik Kontak, Schottky EklemJÜRİ:1. Prof. Dr. Tayyar CAFEROV (Danışman) Kabul Tarihi: 07.07.20062. Prof. Dr. Emel ÇINGI Sayfa Sayısı: 1143. Prof. Dr. Fatma TEPEHAN4. Prof. Dr. Durul ÖREN5. Prof. Dr. Nurfer GÜNGÖR

Abstract:
Stability of Metal-Semiconductor Structures which are used as Schottky diode or ohmiccontact depends on the stability of its components and interaction between the components.Au and Ag metals are used for Schottky junction or contact material for CdTe thin film baseddevices. Diffusion of Au and Ag metals into CdTe thin film, structural, electrical and opticalproperties of Au and Ag doped CdTe thin films and Au/CdTe, Ag/CdTe structures wereexamined.CdTe thin films were grown by Close Spaced Sublimation (CSS) onto glass substrate and itsstructural properties were examined by the x-ray diffraction method. The films have cubic andhexagonal structured polycrystal properties with grain size 0,1Î¼m. The optical absorptionspectra methods showed that calculated band gap of CdTe is 1,5eV.Contact metal studies shown that GaIn is suitable as an ohmic contact with contact resistivity9,6x106 ohm.cm2 in order to measure electrical properties of CdTe.Au were evaporated onto the CdTe thin film by electron beam evaporation. Thermal diffüsionof Au (350-550oC) into the CdTe thin film were examined by XRF method. Calculeteddiffusion coefficient is 4,4x10-7 cm2/s and diffusion activation energy is 0,54eV. Thestructural effect of diffusion of Au into CdTe film also examined by the x-ray diffractionmethod. Cubic and hexagonal structured grains were investigated in the film. Conductivity-Temperaure, optical absorption spectra and conductivitiy- photon spectra measurementsshowed that Au dope has Ev+0,2 eV acceptor level in the band gap of p type CdTe.Electrical properties of Au/pCdTe structure were studied and ohmic properties of the structurewere shown.Ag were evaporated onto the CdTe thin film by electron beam evaporation. Thermal diffüsionof Ag (350-550oC) into the CdTe thin film were examined by XRF method. Calculeteddiffusion coefficient is 4x10-7 cm2/s and diffusion activation energy is 0,72eV. The structuraleffect of diffusion of Ag into CdTe film also examined by x-ray diffraction method. Cubicand hexagonal structured grains were investigated in the film. XRD measurements on Agdiffused cubic CdTe films showed the existance of Ag2Te phase. Also formation of the Ag2Tephase were observed from the conductivity-temperature measurements. Conductivity-Temperature, optical absorption spectra and conductivitiy- photon spectra measurementsshowed that Ag dope has Ev+0,09 eV acceptor level in the band gap of p type CdTe.Photon induced diffusion of Ag into CdTe thin film were studied at the temperatures between280-420oC. It was shown that photon induced diffusion coefficient is four times higher thanthermal diffusion coefficient at the same temperature interval.Electrical properties of Ag/pCdTe structure were studied and Schottky diode properties wereinvestigated with the barrier height Ğ¤b= 0,7-0,8eV, ideality factor Î² = 1,9-10 and the saturatedcurrent density Js= 3,7x10-8 A/cm2 .Keywords : CdTe, diffusion, Au/CdTe, Ag/CdTe, Ohmic Contact, Schottky JunctionJURY:1. Prof. Dr. Tayyar CAFEROV (Supervisor) Date: 07.07.20062. Prof. Dr. Emel ÇINGI Page: 1143. Prof. Dr. Fatma TEPEHAN4. Prof. Dr. Durul ÖREN5. Prof. Dr. Nurfer GÜNGÖR