Au/n-InP ve Au/Pyronine-B/n-InP Schottky yapıların sıcaklığa bağlı elektriksel karakterizasyonu
Temperature dependence of electrical characteristics of Au/n-InP and Au/Pyronine-B/n-InP Schottky structures
Yazar: MURAT SOYLU
Danışman: PROF.DR. BAHATTİN ABAY
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
ÖZETDoktora TeziAu/n-InP ve Au/Pyronine-B/n-InP SCHOTTKY YAPILARIN SICAKLIĞA BAĞLIELEKTRİKSEL KARAKTERİZASYONUMurat SOYLUAtatürk ÜniversitesiFen Bilimleri EnstitüsüFizik Anabilim DalıDanışman: Prof. Dr. Bahattin ABAYn-InP tabanlı Schottky diyotlar yüksek hız ve güç yoğunluğu gerektiren elektronik veoptoelektronik devre elemanlarının imalinde potansiyel uygulamalara sahiptir. Bununlabirlikte, metal/n-InP kontakların 0.35-0.45 eV gibi düşük engel yüksekliğine ve yükseksızıntı akımına sahip oluşu n-InP yariiletkeninin bu alanlardaki kullanımınısınırlandırmaktadır. Metal ile yarıiletken arasında ince bir arayüzey tabakasınınMetal/n-InP Schottky yapılarda iyileştirici rol oynadığı bilinmektedir. Bu çalışmada,Au/n-InP Schottky diyodunun engel yüksekliğinin modifikasyonu için organikPyronine-B ara yüzey tabakalı Au/Pyronine-B/n-InP yapısı oluşturuldu. Au/n-InP veAu/Pyronine-B/n-InP yapıları 500 Âµm kalınlıklı (100) yönelimli n-tipi InP kristaliüzerinde imal edildi. Omik kontak, numunenin parlatılmamış yüzeyine Au-Gemetalizasyonu ve 300 oC de 5 dakika azot gazı akışı altında tavlanarak oluşturuldu. İkieşit parçaya bölünen numunenin parlatılmış yüzüne damlatılmış Pyronine-Bçözeltisinden dönel kaplama tekniği kullanılarak çözücünün uzaklaştırılması suretiylenumune yüzeyinde homojen kalınlıklı ince bir film tabakası oluşturulduktan sonra heriki parça üzerinde referans Au/n-InP ve arayüzeyli Au/Pyronine-B/n-InP Schottkydiyodları imal edildi.Hazırlanan Au/n-InP ve Au/Pyronine-B/n-InP Schottky kontakların I-V ve C-Völçümleri sıcaklığa bağlı olarak alındı. Oda sıcaklığında Au/Pyronine-B/n-InP yapısınınengel yüksekliği referans Au/n-InP yapısınınkine göre yaklaşık 0.18 eV artmasınarağmen 1.103 ideaite faktörü ile ideallik sınırı içinde kaldığı gözlendi. Deneysel I-Vverilerinden elde edilen engel yükseklikleri artan sıcaklıkla artarken idealite faktörleriazalmaktadır. Her iki diyod için liner olmayan davranış sergileyen gelenekselRichardson çizimlerinin lineer kısımlarından elde edilen aktivasyon enerjileri veRichardson sabitleri sırasıyla 0.35, 0.32 eV ve 0.848, 3.04x10-5 AK-2cm-2 olarak eldeedildi. Bu davranış, metal/yarıiletken arayüzeyde gaussian dağılıma sahip homojenolmayan engele atfedildi. Gaussian dağılım teorisi kullanılarak ortalama engelyükseklikleri ve standart sapmaları sırasıyla Î¦ b =0.526, 0.961 eV ve Ï s 0 = 0.060,i0.126 eV olarak elde edildi. Ayrıca, gaussian dağılım teorisi kullanılarak modifiyeedilen Richardson çizimlerinden ortalama engel yüksekliği ve Richardson sabitideğerleri sırasıyla Î¦ b =0.532, 0.988 eV ve A* =15.90, 17.73 AK-2cm-2 olarak eldeedildi. Her iki çizimden elde edilen ortalama engel yüksekliklerinin bir biriyle;Richardson sabitlerinin de teorik 9.4 AK-2cm-2 değeri ile uyum içinde olması gaussiandağılım teorisinin uygulanabilirliğinin bir ölçüsü olarak değerlendirildi.1 MHz frekans değerinde alınan C-V ölçümlerinden kapasitenin artan sıcaklıkla arttığıbelirlendi. Au/n-InP ve Au/Pyronine-B/n-InP yapılarının C-V ölçümlerinden elde edilenoda sıcaklığındaki Î¦ b (C â V ) engel yükseklikleri sırasıyla 0.456 eV ve 0.643 eV olarakelde edildi. Î¦ b (C â V ) engel yüksekliklerinin sıcaklık katsayılarının InP'ın yasak enerjiaralığının sıcaklık katsıyısına yaklaşık eşit oluşu, engel yüksekliğinin InP'ın yasakenerji aralığının sıcaklıkla değişimine paralel bir değişim sergilediği şeklindedeğerlendirildi.2007, 106 sayfaAnahtar Kelimeler: Schottky kontaklar, InP, Pyronine-B, I-V ve C-V ölçümü, engelhomojensizliğiii

Abstract:
ABSTRACTPh. D. ThesisTEMPERATURE DEPENDENCE OF ELECTRICAL CHARACTERISTICS OFAu/n-InP and Au/Pyronine-B/n-InP SCHOTTKY STRUCTURESMurat SOYLUAtatürk UniversityGraduate School of Natural and Applied SciencesDepartment of PhysicsSupervisor: Prof. Dr. Bahattin ABAYThe n-InP based Schottky barrier diodes have potential applications for producingelectronic and optoelectronic devices requiring high speed and power density. However,the low barrier height of metal/n-InP contacts (in the range 0.35 to 0.45 eV) and thehigh leakage current of this contact have hindered the use of n-InP in these area. It hasbeen known that a tin interfacial layer plays improving role between the metal andsemiconductor. In this study, to modify the Au/n-InP Schottky diode?s barrier heightAu/Pyronine-B/n-InP structure was fabricated with ordanic Pyronine-B interfacial.Au/n-InP and Au/Pyronine-B/n-InP structures were fabricated on 500 Âµm thick n-typeInP substrate with (100) orientation. Ohmic contact was made by metalization of theAu:Ge alloy to the unpolished surface and followed by a temperature treatment at 300oC for 5 minutes in a flux of nitrogen. After dividing to two pieces of substrate havingommic contacts, Pyronine-B was dripped to the polished surface one of the substratesand then evaporated the solvent by a spinner. Finally, reference Au/n-InP andAu/Pyronine-B/n-InP Schottky diode having interfacial layer was produced by Aumetalization.iiiTemperature dependent I-V and C-V measurements of Au/n-InP and Au/Pyronine-B/n-InP Schottky structures were obtained. It was observed that ideality factor n(=1.103)remained in ideal limit while barrier height of Au/Pyronine-B/n-InP structure increasedabout 0.18 eV with respect to reference Au/n-InP, at room temperature. From theexperimental I-V data was seen that ideality factors decreased while the barrier heightsincreased with increasing temperature. For both of the diodes, activation energies andRichardson constants obtained from linear region of conventional Richardson plotwhich exhibits nonlinear behaviour, are 0.35, 0.32 eV and 0.848, 3.04x10-5 AK-2cm-2,respectively. Such behavior is attributed to the barrier inhomogeneities by assuming agaussian distribution of barrier heights at the interface. Mean barrier heights andstandart deviations obtained using gaussian distribution theory are Î¦ b =0.526, 0.961 eVand Ï s 0 = 0.060, 0.126 eV. Furthermore, mean barrier height and Richardson constantvalues obtained from Richardson plot modified using gaussian distribution theory isÎ¦ b =0.532, 0.988 eV and A* =15.90, 17.73 AK-2cm-2. The mean barrier heightsobtained from both of the plots is appropriate with each other. In addition, Richardsonconstants are also in aggrement with the theoretical value of Richardson constants forInP being 9.4 AK-2cm-2. Such a behaviour, it was appreciated as validity of gaussiandistribution theoryFrom the C-V characteristics, measured at the frequency of 1 MHz, it was determinedthat the capacitance increased with increasing temperature. Î¦ b (C â V ) barrier heightsof Au/n-InP and Au/Pyronine-B/n-InP structure was determined from the C-2-V plots as0.456 eV and 0.643 eV, recpectively. The fact that the temperature coefficient of thebarrier heights Î¦ b (C â V ) nearly equals to the temperature dependence of the band gapof InP was concluded that the band gap of InP exhibits paralel moderation withtemperature.2007, 106 pagesKeywords: Schottky contacts, InP, I-V and C-V measurements, barrier inhomogeneity,Pyronine-Biv