Au(MgO-PVP)/n-Si (MPS) yapıların hazırlanması, yapısal ve frekansa bağlı elektrik dielektrik özelliklerinin incelenmesi
The fabrication of Au(MgO-PVP)/n-Si (MPS) Schottky barrier diodes and the investigation their electrical and dielectrical properties
Yazar: AYŞEGÜL EROĞLU
Danışman: PROF. DR. MEHMET KASAP
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Au/(MgO-PVP)/n-Si Schottky diyotlar 〈100〉 yönelimli ve 350 μm kalınlıklı tabaka üzerine, elektriksel parametreleri ve iletim mekanizmaları hakkında araştırma yapmak amacıyla büyütüldü. Dielektrik ve elektrik parametreler -2-3 Volt gerilim ve 10 kHz-5 MHz frekans aralığında empedans spektroskopi yöntemiyle incelendi. Ardından idealite faktörü, bariyer yüksekliği, seri direnç gibi elektriksel parametreler, akım voltaj ölçümleri kullanılarak Termiyonik emisyon teorisinden, Cheung ve Norde fonksiyonlarından bulundu ve bulunan sonuçlar karşılaştırıldı. Yapının arayüzey tuzakları ve durumlarının enerjiye bağlı dağılımı, yine I-V ileri beslem verilerinden n ve FB dikkate alınarak çıkarıldı. Hem kapasitans hem de iletkenlik değerleri inversiyon, deplesyon ve akümülasyon bölgelerinde arayüzey durumları ve tuzaklar, seri direnç ve organik (MgO-PVP) arayüzey nedeniyle geniş bir dağılıma sahiptir. Bunlar arasında Nss ve polarizasyon düşük frekanslarda inversiyon ve deplesyon bölgelerinde etkindir fakat Rs yüksek frekanslarda akümülasyon bölgesinde etkilidir. Difüzyon potansiyeli (VD), Fermi enerjisi (EF), tükenme bölgesi genişliği gibi bazı temel elektriksel parametreler (WD) ve bariyer yüksekliği (ΦB) gibi bazı temel elektriksel parametreler, frekansın fonksiyonu olarak C-2-V eğrilerinin lineer bölgesindeki eğimi ve kesme noktası değerlendirilerek hesaplandı. Ek olarak kompleks dielektrik sabiti, kompleks modülüsün gerçek ve sanal kısımları, ac iletkenlik frekans ve gerilimin fonksiyonu olarak C ve G/w verilerinden bulunmuştur. MgO-PVP ara katmanı dielektrik sabiti 10 kHz de 5,0 olarak bulunmuştur ki bu geleneksel yalıtkan katmana göre çok yüksektir. SiO2 gibi geleneksel yalıtkanlara göre kolay büyütme süreci, düşük maliyet, esneklik, yüksek dayanıklılık gibi avantajları da bulunmaktadır. Bu sonuçlar kullanılan (MgO-PVP) polimer ara tabakanın MOS ve MPS tip kapasitörlere kıyasla daha büyük kutuplanma ve daha fazla depolanma sağladığını göstermektedir.

Abstract:
In this thesis Au/(MgO-PVP)/n-Si Schottky Dilodes (SDs) , 〈100〉 orientation and 350 μm thickness are grown on to a wafer for analyzing electrical paremeters and conduction mechanism. Dielectric and electrical parameters were investigated between -2-3 V voltage and 10kHz-5MHz frequency by impedance analyzer. Then electrical paramteres such as ideality factor, barrier hight, series resistance were extracted from three different methods (TE, Cheung and Norde functions) using I-V measurements and the results were compared. Nss and energy dependent distribution of MgO-PVP organic interlayer was calculated by I-V datas. When Ln(I)-Ln(V) curves were investigated, it was seen that conduction mechanism were ohmic and limit space charge at low, medium and high voltages. Both capacitance and conduction values have wide distrubition in inversion, depletion and acumulation region due to organic (MgO-PVP) Nss, series resistance. Between these two Nss and polarization are effective in inversion and depletion regions at low intermediate frequencies, but Rs are effective in accumulation region at high frequencies. The voltage and frequencies dependent Nss and Rs were extracted from respectively Hill Coleman ve Nicollian Brews methods. Some basic electrical parameters such as diffusion potential, Fermi Energy, depletion region width and barrier high were extracted from the intercept and slope of the C-2-V curves as function of frequency. In addition, complex dielectric constant, reel and imaginary parts of complex modulus, ac conductivity were extracted from C and G/w datas as function of frequency and voltages. MgO-PVP interlayer dielectric constant was calculated as 5.0 at 10 kHz such that this calculation is higher than traditional insulator layer. (MgO-PVP) has more advantages such as easy grown processes, low cost, flexibility, high mechanical power than traditional insulators like SiO2. These results show that (MgO-PVP) polymer interlayer has more storage and bigger polarization than MPS and MOS type capacitors.