Au/n-GaAs Schottky diyotların hazırlanması ve akım-iletim mekanizmalarının geniş bir sıcaklık aralığında incelenmesi
The fabrication of Au/n-GaAs schottky diodes and the investigation of their current-conduction mechanisms in wide temperature range
Yazar: EYÜP ÖZAVCI
Danışman: PROF. DR. ŞEMSETTİN ALTINDAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Au/n-GaAs Schottky engel diyotları hazırlandı ve onların muhtemel akım-iletim mekanizmaları, 80-340 K sıcaklık aralığında akım-voltaj (I-V) ölçümleri kullanılarak incelendi. Düşük doğru beslem aralığında (I. Bölge: V≤0.3V), lnI-V grafiklerinin eğimleri her sıcaklık için yaklaşık olarak sabit (27.47 V-1) bulundu. Ancak II. bölge diye adlandırılan orta doğru beslem aralığında (0,35 V < V ≤0,8 V), bu grafikler özellikle düşük sıcaklıklarda farklı eğimlere sahiptir. Başka bir ifadeyle her iki bölge için iletim mekanizmasının birbirinden biraz farklı olduğu gözükmektedir. Elde edilen bu sonuçlar, hazırlanan diyotlarda akım-iletim mekanizmasının I. Bölge için, ters-beslem doyum akımının (Is) sıcaklığa zayıf bağlı olması, yarı-logaritmik I-V eğrilerinin aynı eğime sahip olmasından dolayı engel içerisinde tünelleme (Termiyonik alan emisyonu (TFE) ve alan emisyonu (FE)) yoluyla olduğu gözükmektedir. Deneysel I-V-T verileri, özellikle düşük ve orta sıcaklıklarda her iki bölge için diğer iletim mekanizmalarından ziyade TFE ve FE teorilerine uymaktadır. Diğer taraftan her iki bölge için sıfır-beslem engel yüksekliği (Bo) değerlerinin artan sıcalıkla beklenmedik bir şekilde artması ve idealite faktörlerinin ise azalması bu diyotlarda hem aktivasyon enerjisi eğrilerinin lineerlikten sapmasına hem de Bo ile n arasında lineer bir ilişki olmasına yol açmaktadır. Au/n-GaAs diyotlarda, sıcaklığa bağlı I-V karakteristiğinin, hem düşük hem de orta beslem bölgelerinde TE teorisi bazlı engel yüksekliklerinin çift (double) Gaussian dağılımı (GD) ile başarıyla açıklanabileceğini göstermektedir. Ayrıca, bu diyotların kapasite/iletkenlik-voltaj (C/G-V) karakteristikleri 10, 100 ve 500 kHz için incelendi. Katkı atomlarının yoğunluğu (ND), Fermi enerjisi  (EF) ve metal ile yarıiletken arasındaki oluşan engel yüksekliği (B) değerleri sırasıyla 500 kHz' de 80 ve 280 K sıcaklıkları için ters beslem C-2-V eğrilerinin lineer kısımlarının eğimlerinden ve V-eksenini kestiği noktalarından elde edildi.

Abstract:
Au/n-GaAs Schottky barrier diodes (SBDs) have been fabricated and their possible current-transport mechanisms have been investigated in the temperature range of 80-340 K using current-voltage (I-V) measurements. The slope of semi-logarithmic I-V plots were found almost constant (27.47 V-1) for each temperature in the low forward biases (V≤0.3 V) which is called as "Region I". On the other hand, in the intermediate bias region (0.35 V < V ≤0.8 V) which is called as "Region II" these plots have different slopes especially at low temperatures. For the Region I, the forward bias semi-logarithmic I-V plots confirmed that the conduction mechanism in these diodes are tunneling (thermionic field emission (TFE) and field emission (TFE)) due to the weak temperature dependence of the reverse saturation current (Is) and parallel behavior lnI-V plots. In addition, experimental I-V-T data quite well obey the thermionic field emission (TFE) and FE theories especially at low temperatures rather than the other mechanisms. An abnormal decrease in the barrier height (Bo) and increase in n with decreasing temperature for two regions  have been  observed. I-V-T characteristics was successfully explained in terms of the TE mechanism with a double Gaussian distribution (GD) of BHs for two regions. The capacitance/conductance-voltage (C/G-V) characteristics were also have been investigated for 10, 100 and 500 kHz frequencies at 80 and 280 K. The values of doping concentration (ND), Fermi energy (EF) and barrier height (B (C-V)) between metal and semiconductor were also obtained from the linear part of high frequency (500 kHz) reverse bias C-2 vs V plots at 80 and 280 K, respectively.