Bükülebilir Al/Al2O3/ZnSe metal oksit yarı iletken aygıtın üretimi, yapısal, optik ve elektriksel karakterizasyonu
Production of flexible Al/Al2O3/ZnSe metal oxide semiconductor device and its structural, optical and electrical characterization
Yazar: HALİL GÜRSOY
Danışman: DOÇ. DR. MURAT ÇALIŞKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Anodik oksidasyon = Anodic oxidation ; Kondansatör = Capacitor ; MOS = MOS ; Yarı iletkenler = Semiconductors

Özet:
Metal Oksit Yarı iletken (MOS) aygıtlar için yalıtkan filmler ile ilgili çalışmalar devam etmektedir. Yalıtkan katmanı ve bu katman ile yarı iletken ara yüzeyi , sensörler [1], dönüştürücüler, fototransistörler [2] ve bellek aygıtları [3] gibi çeşitli uygulamalar için geniş alanda yer bulan MOS kapasitörlerin performansını etkilediği için, önemlidir. MOS kapasitörler ayrıca yalıtılmış kapılı alan etkili transistörler (IGFET'ler)[4] ve iyona duyarlı alan etkili transistörlerin (ISFET) [5] ayrılmaz bir parçasıdır. Bu aygıtların üretiminde çevreye zarar veren süreçleri en aza indirmek önemlidir. Bu
çalışmada, sürdürülebilirlik ve çevre dostu süreçler için çözeltide inorganik asit ile birlikte organik asit kullanılmıştır. ZnSe ince filmi, birçok optoelektronik aygıtlar içerisinde ve güneş hücrelerinde geniş uygulaması nedeniyle yıllar boyunca büyük ilgi görmüştür.

ZnSe, 2.7 eV'lik bir direkt band aralığına sahiptir ve geniş bir görünür spektrum aralığında şeffaftır [6]. Alüminyum, yerkabuğunda yüksek miktarlarda bulunan ağır bir metaldir [7] ve kolayca okside edilebilir. Bu çalışmada, n tipi alüminyum katkılı ZnSe(nZnSe:Al) ile Al/Al2 O3 /nZnSe:Al MOS kapasitör üretilmiştir. nZnSe:Al, sprey piroliz yöntemi ile, Al2O3 yalıtkan katmanı üzerine 430◦C'da kaplanmıştır. Al2O3 ince film, anodik oksidasyon ile alüminyum folyo üzerine kaplanmıştır ve alttaş nedeniyle bükülebilir MOS kapasitör elde edilmiştir. Oksidasyon sürecinde ise, 10ml sulfürik asit olan 100 mL'lik 0,05 molar sitrik asit(organik asit) çözeltisine 50mL metanol eklendi. Gerilim
3 volta kadar arttırılıp sabit tutuldu. 

Üretilen MOS kapasitör aygıtının yapısal elektriksel ve optik özellikleri, XRD, UV-görünür spektrometre, 40 Hz ile 110MHz arasında I-V, C-V dielektrik spektroskopi ölçümleri araştırıldı. XRD ölçümleri, kaplanan ZnSe'nin paterninin literatüre uygun olduğunu gösterdi. nZnSe'nin yasak enerji aralığı 2,80 eV olarak bulundu. Nicollian-Goetzberger iletkenlik metodu ile MOS kapasitörün iletkenliği belirlendi. ZnSe:Al'un iletkenlik tipi, n tipi olarak, termoelektrik metot ile belirlendi. MOS
kapasitörün performansını belirleyen, Valans bandın maksimum enerjisi ile arayüzey durum enerji farklarının bir fonksiyonu olarak, ara durum yoğunluğu hesaplandı.

Abstract:
Research on the production of insulating layer for the MOS capacitors still continues. The insulator layer and its semiconductor interface are significant as it affects the performance of MOS capacitors which finds places in broad field for vaious applications such as sensors [1], transducers, phototransistors [2] and memory devices [3]. MOS structure is also an integral part of insulated gate field effect transistors (IGFETs)[4] and ion-sensitive field effect transistor (ISFET) [5] It is important to minimize environmentally damaging processes in the manufacture of these devices.
In this study, organic acid was used along with inorganic acid in the solution for environmentally friendly processes and sustainability. ZnSe thin films have attracted considerable interest over the years owing to their wide range of applications in various optoelectronic devices and in solar cells.

ZnSe has a direct bandgap of 2.7 eV and is transparent over a wide range of the visible spectrum [6]. Aluminum is a heavy metal present in high amounts in the earth's crust[7] and can easily be oxidized. By using Aluminum doped n-type ZnSe(nZnSe:Al), Al/Al2 O3 /ZnSe MOS capacitor was produced. nZnSe:Al is coated by spyray pyrolysis method on Al2 O3 insulating layer at 430◦C. Al2O3 thin films were deposited on aluminum foils by anodic oxidation and then because of substrate, flexible MOS capacitor is obtained. In oxidation process, 50 ml methanol is added to the 100ml mixture of 0,05 molar citric acid(organic acid) and 10ml H2SO4 acid. When the voltage was increased up to 3 Volts, the voltage was kept constant. 

The structural, electrical and optical properties of the produced MOS capacitor devices
were investigated by using XRD, UV-VIS spectrometer, I-V, C-V dielectric spectroscopy measurements between the frequency range from 40Hz to 110MHz. XRD studies revealed the structure of coated ZnSe as in literature. The bandgap of n-type ZnSe:Al is found as 2,8eV. Conductivity of the MOS capacitor were determined by using Nicollian-Goetzberger conductivity method . Conductivity type of ZnSe:Al was
determined as n-type by thermoelectric method. Density of interface states which determine the performance of the MOS capacitor device was specified as a function of energy of interface states to maximum energy of valance band.