Au/SiO2/n-Si (MYY) yapıların elektriksel parametrelerinin sıcaklığa bağlı incelenmesi
The investigation of temperature dependence of electrical parametres ofAu/SiO2/n-Si (MİS) structures
Yazar: MERT YILDIRIM
Danışman: YRD. DOÇ. DR. PERİHAN DURMUŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada 79 ? yalıtkan tabaka kalınlığına sahip Au/SiO2/n-Si yapılarının arayüzey durumları (Nss) ve direncinin sıcaklık ve voltaja bağlılıkları 1 MHz ve 80?400 K sıcaklık aralığındaki ileri ve ters öngerilim kapasitans-voltaj (C-V) ve iletkenlik-voltaj (G/ ? -V) ölçümlerinden elde edildi. Bu yapıların katkı konsantrasyonu (ND), Fermi enerji seviyesi (EF), tükenim tabakası genişliği (WD), arayüzey durumlarının yoğunluğu (Nss) ve engel yüksekliği (?CV) gibi temel elektriksel parametreleri de aynı aralıktaki ters öngerilim C?2?V eğrilerinden elde edildi. ?CV (T=0 K) ve engel yüksekliğinin sıcaklıkla değişim katsayısı ( ? ) değerleri sırasıyla 1,152 eV ve ?2,4x10-4 eV/K olarak bulundu. Bu değerler Silikon'un (Si) 0 K'deki bant genişliği değeri (Eg = 1,17 eV) ve bant genişliğinin sıcaklıkla değişim katsayısı (-4,73x10-4 eV/K) ile uyum içerisindedir. Tüm sıcaklık değerlerindeki C?V eğrileri seri direnç (Rs) etkisinden dolayı yığılım bölgesinde anormal pikler gösterdi. Benzer şekilde, G/ ? -V eğrileri de tükenim bölgesinde 160?320 K sıcaklık aralığında pikler gösterdi. Seri direncin (Rs) Kapasitans (C) ve İletkenlik (G) üzerindeki etkisi özellikle yüksek sıcaklıklarda daha belirgindir. Dolayısıyla, ölçülen C ve G değerleri Rs etkisini minimize etmek için Nicollian ve Brews metodu kullanılarak düzeltildi. Ek olarak, 200?400 K sıcaklık aralığında elde edilen sıcaklığa bağlı ac iletkenlik ( ? ac) değerleri lineer davranış gösterdi ve bu değerler Arrhenius eğrilerine fit edildi. ln ? -q/kT eğrilerinin eğiminden elde edilen aktivasyon enerjisi (Ea) değerleri 3,5, 4,0, 4,5 ve 5,0 V öngerilim değerleri için sırasıyla 21,7, 18,5, 15,0 ve 11,5 meV bulundu.

Abstract:
In this study, the temperature and voltage dependence of interface states (Nss) and resistance profile of Au/SiO2/n-Si structure with 79 ? insulator layer thickness were obtained from the forward and reverse bias capacitance-voltage (C-V) and conductance-voltage (G/ ? -V) measurements in the temperature range of 80-400 K at 1 MHz. The main electrical parameters, such as doping concentration (ND), Fermi energy level (EF), depletion layer width (WD), density of interface states (Nss) and barrier height (?CV), of these structures were also determined from the reverse bias C-2 vs V plots in the same range. The values of ?CV at the absolute temperature (T=0 K) and the temperature coefficient (?) of barrier height were found as 1.152 eV and -2.4x10-4 eV/K, respectively. These values are in a close agreement with the bandgap value of Si at 0 K (Eg = 1.17 eV) and its temperature coefficient value (-4.73x10-4 eV/K). C-V plots for all temperature levels show an anomalous peak in the accumulation region because of the effect of series resistance (Rs). Similarly, G/ ? -V plots also show a peak in the depletion region in the temperature range of 160-320 K. The effect of series resistance (Rs) on the capacitance (C) and conductance (G) is found noticeable especially at high temperatures. Therefore, the measured C and G values were corrected in order to minimize the effect of Rs using Nicollian and Brews method. In addition, the temperature dependent ac conductivity ( ? ac) data obtained between 200 and 400 K showed a linear behavior and was fitted to the Arrhenius plot. The values of activation energy (Ea) obtained from the slope ln ? -q/kT plots are 21.7, 18.5, 15.0 and 11.5 meV for the values of applied biases 3.5, 4.0, 4.5 and 5.0 V, respectively.