Au/(Ag-ZnO/PVP)/n-Si (MPS) Schottky engel diyotların hazırlanması ve elektrik ile dielektrik özelliklerinin frekans ve voltaja bağlı incelenmesi
The fabrication of Au/(Ag-ZnO/PVP)/n-Si (MPS) Schottky barrier diodes and the investigation their electrical and dielectrical properties as function of frequency and voltage
Yazar: ÖMER SEVGİLİ
Danışman: PROF. DR. ŞEMSETTİN ALTINDAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Au/(Ag-ZnO/polyvinylpyrrolidone)/n-Si Schottky engel diyotları (SBDs) hazırlandıktan sonra öncelikle n-Si ön yüzeyine büyütülen (Ag-ZnP/PVP) arayüzey tabakasının yapısal özellikleri X-Ray kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağınım X-Ray (EDX) kullanılarak incelendi. XRD sonuçları Ag ve ZnO nano-parçacıkların verileri referans kodu 87-0717 (Ag) ve 80-0075 (ZnO)  ile iyi bir şekilde eşleştiğini göstermektedir. SEM görüntülerinde Zn, O ve Ag iyi bir dağılım gösterdiği görüldü. EDX sonuçlarında ise Ag-katkılı ZnO/PVP parçacıklarının yüksek yoğunlukta oksijene sahip olduğu görüldü. MPS tipi-Schotty diyotun idealite faktörü (n), seri direnci (Rs) ve sıfır beslem engel yüksekliği (B0) değerleri ileri beslem I-V verilerinden Termiyonik Emisyon ve Cheung fonksiyonları kullanılarak hesaplandı ve sonuçlar birbirleriyle karşılaştırıldı. Sonuçların birbirinden biraz farklı çıkması özellikle arayüzey durumlarının (Nss), n-Si/(Ag-ZnP/PVP) arayüzeyinde ve Si yasak enerji bandı içinde özel bir dağılıma sahip olması ve kullanılan metodun doğasına (farklı voltaj bölgerine karşılık gelmesi) atfedildi. Buna ilave olarak, MPS diyotun Nss, Rs, difüzyon potansiyeli (VD), katkılanan verici atomların yoğunluğu (ND), tüketim tabakasının genişliği (WD) ve Fermi enerjisi seviyesi (EF), ve engel yüksekliği (B(C-V)) gibi diğer bazı temel elektriksel parametreletri ise ters beslem C-2-V verileri kullanılarak hesaplandı. Nss ve Rs değerlerinin sırasıyla enerjiye ve voltaja bağlı değişim profilleri Kondüktans Metodu ve düşük-yüksek (CLF-CHF) frekans metotları kullanılarak elde edildi. Elde edilen sonuçların birbirleriyle uyum içerisinde olduğu ve Nss değerleri (1012 eV-1cm-2) mevcut literatürle kıyaslandığınde, MPS yapı için son derece uygun olduğu görünmektedir. Ters beslem C-V ölçümlerinden elde edilen engel yüksekliğinin, ileri beslem I-V ölçümlerinkinden büyük çıkması ölçüm metodunun doğasına atfedildi. Tüm bu elektriksel parametreler ilave olarak, hazırlanan MPS diyotun dielektrik sabiti (ε'), dielektrik kayıp (ε''), kayıp açı (tan), komleks elektrik modülüsün reel/imajiner (M'/M") değerleri ile ac elektrik iletkenliği (ac) hem frekansa hem de voltaja bağlı ölçülen C/G-V-f verilerinden elde edildi. Düşük frekanslarda elde edilen yüksek ε' ve ε'' değerleri; arayüzey durumlarının varlığına, onların yaşam sürelerine ve yüzey ile dipol polarizasyonuna atfedildi.

Abstract:
Au/(Ag-ZnO/polyvinylpyrrolidone)/n-Si (MPS) type Schottky Barrier Diodes (SBDs) were fabricated. Firstly, structural properties of the grown (Ag-ZnO/PVP) interfacial layer on the front of n-Si wafer were examined by using X-Ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersion X-ray (EDX) techniques. XRD results show that Ag and ZnO nanoparticles match well with reference codes 87-0717 (Ag) and 80-0075 (ZnO). In SEM images, Zn, O and Ag showed a good distribution. In EDX results, Ag-doped ZnO/PVP interlayer showed high density oxygen. The ideality factor (n), series resistance (Rs) and reverse-bias barrier height (B0) values for Au/(Ag-ZnO/PVP)/n-Si (MPS) type SBD diode were obtained from the thermionic emission (TE) and Cheung functions and then compared with each other. The observed some discrepancies between two these methods especially were attributed to the existence of a particular density distribution of surface states (Nss) between interlayer and n-Si at forbidden bandgap of Si and the nature of measurement method due to difference voltages. The other basic some electrical parameters of the MPS type diode such as Nss, Rs, diffusion potential (VD), doping-donor atoms (ND), depletion layer width (WD), Fermi energy level (EF) and B(C-V) were also obtained from the reverse bias C−2-V data. The energy and voltage dependent profile of Nss were obtained from the conductance and low-high frequency (CL-CH) capacitance methods, respectively. The calculated values of Nss for two methods were found good agreement with each other and the magnitude of them (1012 eV-1cm-2) is very suitable for these MPS type SBDs when compared with literature. The dielectric constant (ε'), dielectric loss (ε''), loss tangent (tan), real and imaginary components of complex modulus (M' and M"), and ac electrical conductivity (ac) values of the MPS type SBD were also investigated both as function of frequency and voltage. The obtained higher values of ε' and ε'' at low frequencies were attributed to the existence of Nss, their relaxation time, and surface/dipole polarization.