Au, Cu ve Al/n-InP Schottky eklemlerin karakteristik parametrelerinin belirlenmesi
The determination of characteristic parameters of Au, Cu and Al/n-InP Schottky contacts
Yazar: HİDAYET ÇETİN
Danışman: PROF.DR. ENİSE AYYILDIZ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Engel yüksekliği = Barrier height ; Oksitlenme = Oxidation

Özet:
Au/n-InP, Al/n-InP ve Cu/n-InP Schottky engelli diyotlar arayüzey oksit tabakalı vetabakasız olarak üretilmiş ve bu kontakların yaşlanma etkileri incelenmiştir. Üreticifirma tarafından kristal parametreleri olarak [100] doğrultusunda büyütülmüş, 450 ?mkalınlığında, taşıyıcı konsantrasyonu 4.5x1015 cm-3 olarak verilen kristal dilimlerkullanılmıştır. Omik ve Schottky kontaklar oluşturulmadan önce kristal kimyasaltemizleme işlemine tabii tutulmuştur. Kimyasal olarak temizlenmiş n-InP kristaliüzerindeki oksit tabakaları ise metal tabaka buharlaştırmadan önce kristal yüzeyini 200°C'de 1 ml/dak. oranında de-iyonize su buharı-oksijen gazı karışımına maruz bırakmave kimyasal olarak temizlenmiş n-InP kristal yüzeyini 1, 2, 4, 6 ve 8 hafta laboratuarortamına maruz bırakma ile elde edilmiştir. n-InP kristali yüzeyine büyütülen oksitlerinkimyasal kompozisyonu ise X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) kullanılarakincelenmiştir. Kimyasal olarak temizlenmiş ve HF ile dağlanmış yüzeyde indiyum-oksitmevcut olmasına karşın fosfor-oksitin varlığına rastlanamamıştır. Laboratuar ortamındahavaya maruz bırakılan yüzeylerde fosfor-oksitin oluştuğu görülmüştür. De-iyonize subuharlı termal oksidasyon işleminde ise yüzeyde büyüyen oksitlerin çoklu-fosfatşeklinde olduğu saptanmıştır.Üretilen kontakların elektriksel karakteristikleri Akım-Gerilim (I-V) ve Kapasite-Gerilim (C-V) ölçümleri ile belirlenmiştir. Ölçümler, yaşlanma etkisini belirlemekamacıyla Schottky kontağın yapılmasından sonra 1, 2, 4, 6, 8 ve 10 hafta sonratekrarlanmıştır. Bu veriler kullanılarak diyot parametreleri (engel yüksekliği, idealitefaktörü, seri direnç, donor konsantrasyonu) hesaplanmıştır. Au/n-InP ve Cu/n-InP MIS(Metal-Yalıtkan-Yarıiletken) kontaklarda yaşlanma etkisi görülmemesine karşın,laboratuar ortamına maruz bırakılan numunelerden Al/n-InP kontaklarda kristalinhavaya maruz kalma süresine bağlı olarak yaşlanma etkisi gözlenmiştir. Schottkyekleminde kullanılan metalin kimyasal reaktivitesinin kontağın yaşlanmasında etkinolduğu belirlenmiştir.Termal oksidasyona maruz tutulan kristal yüzey üzerine yapılan Au, Al ve Cu/n-InPkontaklarda engel yüksekliklerinde sırasıyla 144 meV, 132 meV ve 262 meV artışlargörülmüştür. Bu artışlar kimyasal reaktivite ve kusur modeli çerçevesindedeğerlendirilmiştir.Anahtar Sözcükler: Schottky Eklem, Engel Yüksekliği, III-V Yarıiletken, XPS,Oksidasyon.

Abstract:
Au/n-InP, Al/n-InP, Cu/n-InP Schottky barrier diodes have been fabricated with andwithout an interfacial oxide layer and aging effects of these contacts have beeninvestigated. For this purpose, crystal wafers with orientation [100], a thickness of 450?m, carrier concentration of 4.5x1015 cm-3 which all have been obtained from themanufacturer, have been used. Before making Ohmic and Schottky contacts, the crystalwafers have been chemically cleaned. The oxide layers on the chemically cleanedn-InP surface have been obtained by exposing de-ionize water vapour-oxygen gasmixture at 1 ml/min at 200 °C and exposing clean laboratory air for 1, 2, 4, 6, 8 weeksbefore metal evaporation on the chemically cleaned n-InP surface. The chemicalcomposition of the surface oxides grown on the n-InP has been detected by using X-rayphotoelectron spectroscopy (XPS). Although In-oxides have been detected, P-oxide hasnot been detected on the chemically cleaned HF-etched surface. It has been observedthat phosphorus-oxide has grown on the surface for air exposed sample in the laboratorymedium. When the samples have been exposed to thermal oxidation process with deionizewater vapour, the oxides grown on the surface have been determined as polyphosphates.Electrical characteristics of fabricated contacts have been obtained by means of Current-Voltage (I-V) and Capacity-Voltage (C-V) measurements. The measurements have beenrepeated 1, 2, 4, 6, 8 and 10 weeks after fabrication of the Schottky contacts in order todetermine the aging effect. Diode parameters (barrier height, ideality, series resistance,donor concentration) have been calculated by using these data. The aging effects havenot been observed in Au/n-InP and Cu/n-InP MIS (Metal-Insulator-Semiconductor)contacts. However, the effects have been observed for Al/n-InP contacts which areamong air exposed samples in the laboratory medium depending on time of exposure toair. Chemical reactivity of metal which is used for constituting Schottky gate, has beendetermined to be effective for contact aging.Increases have been observed up to 144 meV, 132 meV and 262 meV for barrier heightsof Au, Al and Cu/n-InP contacts which are constituted on thermally oxidized crystalsurface, respectively. These increases have been evaluated in the frame of chemicalreactivity and defect models.Keywords: Schottky Contact, Barrier Height, III-V Semiconductor, XPS, Oxidation.