Au/p-si/al, au/go/p-si/al ve au/au-rgo/p-si/al yapılarının elektriksel karakteristiklerinin numune sıcaklığına bağlı olarak incelenmesi
The investigation of the electrical characteristics of au/p-si/al, au/go/p-si/al and au/au-rgo/p-si/al structures depending on sample temperature
Yazar: MERVE ODABAŞ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SAĞLAM
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada <111> yönelimine sahip, 1-10 Ω-cm özdirençli ve 400 µm kalınlığında p-tipi Si yarıiletkeni kullanılarak Au/p-Si/Al, Au/GO/p-Si/Al ve Au/Au-RGO/p-Si/Al diyotları üretilip, bu yapıların I-V karakteristikleri numune sıcaklığına bağlı olarak araştırılmıştır. p-Si yarıiletkeninin mat yüzeyine Al metali buharlaştırılarak omik kontak yapılmıştır. Al omik kontaklı p-Si yarıiletkeni uygun boyutlarda üç parçaya ayrıldıktan sonra, parçalardan birinin yüzeyi üzerine Au metali buharlaştırılarak Au/p-Si/Al diyot yapısı üretilmiştir. Diğer iki yarıiletken parça ve cam altlıklar üzerine Hummers yöntemiyle sentezlenen grafen oksit (GO) ve Au nanoparçacıklı indirgenmiş grafen oksit (RGO) ince filmleri spin kaplama yöntemiyle büyütülmüştür. Bu filmlerin morfolojik ve yapısal özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM), atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ve Raman ölçümleri ile analiz edilmiştir. GO ve Au-RGO ince filmlerinin altlık yüzeyini tamamen kapladığı, hemen hemen homojen olduğu ve Raman spektrumlarının literatürle uyumlu oldukları görülmüştür. Daha sonra GO ve Au-RGO ince filmlerinin üzerlerine belirli çaplarda Au metali vakum ortamında buharlaştırılarak, GO ve Au-RGO arayüzey tabakalı Au/GO/p-Si/Al ve Au/Au-RGO/p-Si/Al diyotları üretilmiştir. Au/p-Si/Al, Au/GO/p-Si/Al ve Au/Au-RGO/p-Si/Al diyotlarının I-V ölçümleri 20 K adımlarla 80-320 K sıcaklık aralığında alınıp, karakteristik parametreleri hesaplanmıştır. T=320 K'de Au/p-Si/Al diyodunun idealite faktörü 1,090 ve engel yüksekliği 0,776 eV, Au/GO/p-Si/Al diyodunun idealite faktörü 1,526 engel yüksekliği 0,700 eV ve Au/Au-RGO/p-Si/Al diyodunun idealite faktörü 1,170 engel yüksekliği 0,612 eV olarak hesaplanmıştır. Diyotların doğru beslem ln(I)–V grafiklerinden elde edilen idealite faktörlerinin azalan numune sıcaklığı ile arttığı, engel yüksekliklerinin de azaldığı görülmüştür. Aynı zamanda diyot parametreleri Norde ve Cheung metodlarından da hesaplanarak sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, diyotların numune sıcaklığına bağlı I-V karakteristikleri homojen olmayan potansiyel engeli modeli ile başarılı bir şekilde açıklanmıştır

Abstract:
In this study,  Au/p-Si/Al,  Au/GO/p-Si/Al and Au/Au-RGO/p-Si/Al structures were produced using p-type Si semiconductor with a resistivity of 1-10 Ω-cm and a thickness of 400 µm with orientation <111>  and I-V characteristics of these structures are investigated depending on sample temperature. The ohmic contact was made by evaporating Al metal to the matt surface of the p-Si semiconductor. After splitting the p-Si semiconductor with Al ohmic contacts into three pieces of suitable sizes, Au metal was evaporated onto the surface of one of the pieces, producing the Au/p-Si/Al diode structure. The graphene oxide (GO) and Au nanoparticle reduced graphene oxide (RGO) materials synthesized by the Hummers method were grown as thin films by spin coating method on the other two semiconductor parts and glass substrates. Morphological and structural properties of these films were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and Raman measurements. It was observed that GO and Au-RGO thin films completely covered the substrate surface, were almost homogeneous and Raman spectra were compatible with the literature. Later, Au/GO/p-Si/Al and Au/Au-RGO/p-Si/Al diodes with GO and Au-RGO interface layers were produced by evaporating Au metal in vacuum in certain diameters on GO and Au-RGO thin films. The I-V measurements of the diodes Au/p-Si /Al, Au/GO/p-Si/Al and Au/Au-RGO/p-Si/Al were taken in the temperature range of 80-320 K with 20 K steps and their characteristic parameters were calculated. The ideality factor of the Au/p-Si/Al diode at T = 320 K is 1,090 and the barrier height is 0,776 Ev, the ideality factor of the Au/GO/p-Si/Al diode is 1,526 and the barrier height is 0,700 eV and the ideality factor of the Au/Au-RGO/p-Si/Al diode is calculated as 1,170 while barrier height is 0,612 eV.  It was observed that the ideality factors obtained from the forward bias ln(I)–V graphics of the diodes increased with decreasing sample temperature and the barrier heights desreased. At the same time, diode parameters were calculated also from Norde and Cheung methods and the results were compared. As a result, the I-V characteristics of diodes based on the sample temperature have been succesfully explained by the inhomogeneous potential barrier model.