Plazma nitrürleme ile Si(100) yüzeyi üzerine büyütülen arayüzey tabakasının Schottky diyot parametreleri üzerine etkisi
The effect of the interface layer grown on Si(100) surface by plasma nitridation on the Schottky diode parameters
Yazar: BEHİYE BOYARBAY
Danışman: PROF.DR. ENİSE AYYILDIZ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Plazma nitrürleme = Plasma nitriding ; Schottky diyodları = Schottky diodes

Özet:
(100) yönelimli, 5-10 ?cm özdirençli p-tipi Si yarıiletkeni, metal-yarıiletken (MS) ve metal-yalıtkan-yarıiletken (MIS) Schottky diyotlar üretmek için altlık olarak kullanıldı. İlk olarak, omik kontak kimyasal olarak temizlenmiş altlığın arka tarafına Al buharlaştırılarak yapıldı. Daha sonra yarıiletken dilim iki parçaya kesildi. Parçalardan biri hemen MS Schottky diyot yapmak için çalışma çemberinin içine yerleştirildi. Aynı anda, altlığın diğer yüzeyine doğrultucu kontak yapmak için Sn (%99.9) buharlaştırıldı. Omik kontaklı ikinci numunenin arka tarafına plazma nitrürleme ile arayüzey tabakası oluşturuldu. MIS Schottky diyot üretmek için arayüzey tabakasının üzerine Sn (%99.9)buharlaştırıldı.Aynı şartlarda özdeş olarak hazırlanan Schottky diyotların akım-voltaj (I-V) karakteristikleri, 293oK sıcaklığında ve karanlıkta HP 4140B pikoampermetre cihazı kullanılarak ölçülmüştür. Plazma nitrürlemenin elektriksel etkilerini karakterize etmek için akım-voltaj (I-V) ölçümleri kullanılmıştır. Schottky diyotların idealite faktörü, engel yüksekliği ve seri direnç gibi karakteristik parametreleri, termiyonik emisyon teorisi kullanılarak doğru beslem akım-voltaj karakteristiklerinden belirlendi. Her bir Sn/p-Si diyotlarının yarı logaritmik doğru beslem InI-V karakteristiklerinin Io kesiminden belirlenen engel yüksekliği ve lineer bölgenin eğiminden belirlenen idealite faktörünün sırasıyla 0.729-0.749 eV ile 1.087-1.119 arasında değiştiği bulunmuştur. Diğer taraftan, MIS diyotlar için n'nin değerinin 1.927-2.230 arasında değiştiği ve engel yüksekliği değerlerinin 0.590-0.623 eV arasında değiştiği bulunmuştur. Bu çalışmada, elde edilen diyot parametreleri literatürdeki deneysel sonuçlarla karşılaştırıldı. Diyotlar aynı şartlarda hazırlanmasına rağmen, diyot parametreleri bir diyottan diğerine değişmiştir. Bu değişim, engel inhomojenitesine atfedilmiştir. Plazma nitrürleme ile hazırlanan Si yüzeyi üzerindeki tabakanın kimyasal kompozisyonu X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS ) kullanılarak ölçülmüştür.Anahtar Kelimeler: Schottky diyot, metal-yarıiletken kontak, metal-yalıtkan-yarıiletken kontak, plazma nitrürleme, X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), termoiyonik emisyon.

Abstract:
p-type Si semiconductor with (100) orientation and 5-10 cm resistivity was used as substrate to produce metal-semiconductor (MS) and metal-insulator-semiconductor (MIS) Schottky diodes. First, the ohmic contact was made by evaporating Al on the back of the chemically cleaned substrate. Then, the wafer was cut into two pieces. One of them was immediately inserted into the operation chamber for formation of the MS Schottky diodes. Meanwhile, it was evaporated Sn (99.99%) for the rectifying contact on the other face. The interface layer was formed by the plasma nitridation on the back of the second kind of sample having the ohmic contact. In order to fabricate MIS Schottky diodes, it was evaporated Sn (99.99%) on the interface layer.The current-voltage (I-V) characteristics of the Schottky diodes identically prepared in the same conditions were measured by using a HP 4140B picoampermeter at 293 K temperature and in the dark. Current-voltage (I-V) measurements were employed to characterize the electrical effects of the plasma nitridation. The characteristic parameters such as ideality factor, barrier height and series resistance of the Schottky diodes were obtained by using thermionic emission theory from the forward bias current-voltage characteristics. The ideality factory determined from the slope of the linear region and barrier heights obtained from the extrapolation Io of the semilog forward bias characteristics of each one of the Sn/p-Si diodes were found in the range of 1.087-1.119 and 0.729-0.749 eV respectively. On the other hand, for MIS diodes the values of n is found to be in the range of 1.927-2.230 and the barrier height values were found to be in the range of 0.590-0.623 eV. In this study, the obtained diode parameters are compared with the experimental results in literature. Although the diodes were prepared at the same conditions, diode parameters were changing from one VI?ln diode to another one. This change was attributed to the barrier inhomogeneity model. The chemical composition of the layer on the p-Si surface prepared by plasma nitridation is measured by using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).Keywords: Schottky diode, metal-semiconductor contact, metal-ınsulator-semiconductor contact, plasma nitriding, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), thermionic emission.