Au/p-Si yapılarının elektriksel özellikleri üzerine arayüzey tabakasının etkisi
The effect of interface layer on the electrical characteristics of au / p-Si structures
Yazar: MİNE KESKİN
Danışman: PROF. DR. ENİSE AYYILDIZ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Yarıiletken teknolojisinde kullanılabilecek yeni malzemelerin üretimi ve kontrolü yaygın bir şekilde devam etmektedir. Mikro ve optoelektronik aygıtlar için iletken polimerler ve çeşitli kompozitler sentezlenmektedir. Bu bağlamda çalışmamızda metal oksit-iletken polimerden oluşan kompozit malzemelerin aygıt üretiminde kullanımını gerçekleştirdik.
Tungsten ve tungsten trioksit/Poli (3,4-etilendioksitiyofen) (W:PEDOT, W03:PEDOT) kompozitleri 1-bütil-3-metilimidazoliumtetrafloroborat (BMIMBF4) içerisinde EDOT monomerin yerinde kimyasal oksidatif polimerizasyonu ile hazırlandı.  Hibrit yapıların üretiminde; altlık olarak bir tarafı parlatılmış, 500-550 µm kalınlığında ve 0.06-0.2 Ωcm  öz-dirençli ve (100) yönelimli p-Si dilim kullanıldı. p-Si altlık RCA temizleme prosedürü kullanılarak kimyasal olarak temizlendi. Kimyasal olarak sentezlenmiş W:PEDOT, W03: PEDOT kompozitleri N-metil pirolidin içerisinde çözüldü, daha sonra p-Si altlık üzerinde dönel kaplama yöntemi ile ince film oluşturmak için kullanıldı. Kompozit ince filmlerin yüzey morfolojisi atomik kuvvet mikroskobu görüntüleri ile incelendi. Au/W:PEDOT/p-Si ve Au/W03: PEDOT / p-Si hibrit yapıları, yüksek vakumda fiziksel buhar biriktirme yöntemi ile omik ve Schottky kontakları zikredildikleri sırada AuSb alaşımı ve Au metali kullanılarak üretildi. Daha sonra Au/W:PEDOT/p-Si ve Au/W03: PEDOT p-Si hibrit yapıların engel yüksekliği ve idealite faktörü değerleri termoiyonik emisyon teori kullanılarak doğru beslem akım-gerilim karakteristiklerinden sırasıyla 0.683±0.026 eV ve 1.349±0.114; 0.729±0.012 eV 1.131±0.033 olarak elde edildi. Bu yapıların elektriksel özellikleri ve akım iletim mekanizmaları, 240 K ile 320 K aralığında akım-gerilim ölçümleri kullanılarak yorumlandı. Diyotların sıcaklığa bağlı karakteristik parametreleri de bulundu ve mevcut benzer çalışmalarla karşılaştırıldı. Kompozit filmlerin kullanımı ile yapının elektrik özelliklerinin iyileştirildiği tespit edildi.

Anahtar Kelimeler: Silisyum, kompozit, iletken polimer, akım-gerilim karakteristiği, termoiyonik emisyon, uzay yükü ile sınırlı akım, dönel kaplama

Abstract:
The production and control of new materials that can be used in semiconductor technology continues effectively. Conductive polymers and various composites are synthesized for micro and optoelectronic devices. In this context, we have used the composite materials in the production of devices.
Tungsten/Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (W:PEDOT) and tungsten trioxide/Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (WO3:PEDOT) composites were prepared by an in situ chemical oxidative polymerization of monomer in 1-butyl-3-methylimidazoliumtetrafluoroborate (BMIMBF4). In the fabrication of the hybrid devices, p-type Si wafer with (100) orientation, one sided polished, 500-550 µm thickness and 0.06-0.2 Ωcm resistivity was used. The wafer was chemically cleaned using the RCA cleaning procedure. The chemically synthesized W:PEDOT and WO3:PEDOT composites were dissolved in N-methyl pyrrolidine, and filtered through a 0.20 μm filter, then used to form thin film by spin coating  on p-Si substrate. The ohmic and Schottky contacts were made by evaporating Au-Sb (99%, 1%) alloy and Au metal on the back and thin film coated surfaces of the p-Si substrate by the method of physical vapor deposition in the high vacuum, respectively. Thus, Au/W: PEDOT / p-Si and Au/ W03: PEDOT/p-Si hybrid structures were produced. The values of barrier height, ideality factor were obtained as 0.683±0.026 eV and 1.349±0.114 for the Au/W:PEDOT/p-Si hybrid device;  0.729±0.012 eV 1.131±0.033 for the Au/W03: PEDOT p-Si hybrid device.  It was seen that these devices had a higher barrier height than that of conventional Au/p-Si/Al Schottky barrier diodes that were in the range of 0.29–0.35 eV. The electrical properties and current transmission mechanisms of these structures were also interpreted using current-voltage measurements in the range of 240 K to 320 K. The characteristic parameters of the diodes were obtained from their forward bias current-voltage characteristics and compared with the similar studies in the literature. It is seen that the use of composite films improved the electrical properties of the structure.

Keywords: Silicon, composite, conductive polymer, current-voltage characteristic, thermionic emission, space charge limited current, spin coating