Al/Bi4Ti3O12/p-Si schottky bariyer diyotların sıcaklığa bağlı elektriksel karakterizasyonu
Temperature dependent electrical characterization of Al/Bi4Ti3O12/p-Si schottky barrier diodes
Yazar: MERT YILDIRIM
Danışman: DOÇ. DR. PERİHAN DURMUŞ ; DOÇ. DR. MUHARREM GÖKÇEN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada arayüzeysel bizmut titanat, BTO, tabakanın Schottky bariyer diyotların elektriksel karakteristikleri ve akım iletim mekanizmaları üzerindeki etkilerinin incelenmesi amacıyla üretilen Al/p-Si ve Al/BTO/p-Si Schottky bariyer diyotların elektriksel karakterizasyonu 120 K ile 300 K aralığındaki beslem voltajına bağlı akım ve admitans ölçümleri yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Arayüzeysel BTO tabaka dolayısıyla Al/BTO/p-Si Schottky bariyer diyotun yarılogaritmik akım-voltaj eğrileri çift-diyot modeli ile izah edilen iki lineer bölge davranışı sergilemiştir. Schottky bariyer diyotların seri direnç değerleri Ohm yasası, Cheung-Cheung yöntemi ve admitans yöntemi kullanılarak hesaplanmıştır ve Al/BTO/p-Si Schottky bariyer diyotu için daha küçük elde edilmiştir. Arayüzeysel BTO tabakadan dolayı Al/BTO/p-Si Schottky bariyer diyotun idealite faktörü ve sıfır-beslem potansiyel engel yüksekliği değerleri daha yüksek çıkmıştır. 1'den büyük idealite faktörü değerleri ve sıcaklıkla artan sıfır-beslem potansiyel engel yüksekliği değerleri yüzünden termiyonik emisyon teorisinin baskın olmayabileceği düşünülmüş ve Schottky bariyer diyotlardaki akım iletimi uzay yüküyle sınırlı akım cinsinden açıklanmıştır. Ayrıca arayüzey tuzaklarının enerji ve beslem voltajı profili sırasıyla akım ve kapasitans verilerinden elde edilmiş ve öncekinin sıcaklıkla azalırken sonrakinin arttığı görülmüştür. Bu fark, ölçüm yöntemlerinin doğaları arasındaki farka atfedilmiştir. Arrhenius eğrilerinden bulunan aktivasyon enerjisi değerlerinin arayüzeysel BTO tabakadan kaynaklı yarıya düştüğü tespit edilmiştir. Dahası, tükenim kapasitansı yöntemiyle üretilen Schottky bariyer diyotların difüzyon potansiyeli ve potansiyel engel yüksekliği değerleri elde edilerek bu değerlerin beklenildiği gibi sıcaklıkla azaldığı tespit edilmiştir. Yapılan değerlendirme sonucunda arayüzeysel BTO tabakanın elektriksel karakteristikler üzerinde gelişmelere neden olduğu ve benzer kapsamlı ek çalışmalarla ekstra iyileştirmeler yapılabileceği belirtilmiştir.

Abstract:
In this study, electrical characterization of Al/p-Si and Al/BTO/p-Si Schottky barrier diodes, which were fabricated for the purpose of investigating the effects of interfacial bismuth titanate, BTO, layer on electrical characteristics and current conduction mechanisms, was achieved via bias dependent current and admittance measurements between 120 K and 300 K. Due to the interfacial BTO layer, semilogarithmic current-voltage curves of Al/BTO/p-Si Schottky barrier diode exhibited two linear regions, which later was explained by double diode model. Series resistance of the Schottky barrier diodes were calculated using Ohm's law, Cheung-Cheung and admittance methods and it was obtained smaller for Al/BTO/p-Si Schottky barrier diode. Ideality factor and zero-bias barrier height values of Al/BTO/p-Si Schottky barrier diode were obtained larger because of the interfacial BTO layer. Due to the ideality factor values that are larger than 1 and zero-bias barrier height values that rise with temperature, it was thought thermionic emission may not be dominant and current transport in the Schottky barrier diodes was explained by space charge limited current. Moreover, energy and bias voltage profile of interface traps were calculated using current and capacitance data, respectively, and it was seen that the former is reduced while the latter is risen by temperature. This inconvenience was attributed to the difference between the natures of measurement techniques. It was found that activation energy values obtained from Arrhenius plots are reduced due to the interfacial BTO layer. Furthermore, diffusion potential and barrier height values of the Schottky barrier diodes were obtained by depletion capacitance technique and it was seen that these parameters are reduced by temperature as anticipated. It was stated that interfacial BTO layer leads to improvements in electrical characteristics and further improvements could be achieved through additional studies with similar context.