Investigation of schottky diodes made of native oxided semiconductors by various methods and identification of characteristic parameters

YÖK Tez ID: 127390 ÖZET DOĞAL OKSİTLİ YARIİLETKENLERDEN YAPILAN SCHOTTKY DİYOTLARIN FARKLI METOTLARLA İNCELENMESİ VE KARAKTERİSTİK PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ ÇETİNKARA, H. Ali Kırıkkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Anabilim Dalı, Doktora Tezi Danışman : Prof. Dr. D. Mehmet ZENGİN Ortak Danışman: Yrd. Doç.Dr. Şerafettin EREL Aralık 2002, 115 sayfa Bu tezde, laboratuvar ortamında havaya maruz bırakılan p-tipi silisyumdan yapılan Pb/p-Si/Al, metal (doğrultucu)/p-tipi yarıiletken/metal (omik), Schottky diyotlarının havaya maruz bırakılma süresinin ve yaşlanmasının etkileri l-V ve C-V ölçümleri kullanılarak araştırıldı. Bunun için, [100] doğrultusuna sahip, B (Boron) katkılanmış d0=300 um kalınlığında p=2-5 Q-cm özdirençli, önceden parlatılmış p-tipi Si (Silisyum) kristali kullanıldı. Kristalin bir yüzünü tümüyle omik kontak yapabilmek için, Al (% 99.99 saflıkta) metali 10"6 torr basınç altında buharlaştırıldı. Çalışmanın amacınauygun olarak kristal sekiz parçaya bölündü. Buradan belli periyotlarla (hemen (PbD1), bir gün (PbD2), beş gün (PbD3), 10 gün (PbD4), 15 gün (PbD5), 30 gün (PbD6), 45 gün (PbD7) ve 60 gün (PbD8) sonra) doğrultucu kontak yapabilmek için, 10"6 torr basınçta Pb (% 99.99 saflıkta) metali buharlaştırıldı. Böylece sekiz farklı Schottky engel diyodu elde edildi. Havaya maruz kalmanın ve yaşlanmanın etkisini inceleyebilmek için, Al/p- Si/Pb Schottky diyotlarının, oda sıcaklığında (T=300 K), belli periyotlarda (Hemen, 15 Gün, 30 Gün, 45 Gün ve 60 Gün Sonra) l-V ve 1 MHz' deki C-V ölçümleri alındı ve karakteristikleri çizildi, n idealite faktörleri ve Ob engel yükseklikleri sırasıyla yarılog-doğru besleme l-V grafiklerinin lineer kısımlarının eğimlerinden ve y-eksenini kesen noktalarından bulundu. Buna ek olarak, seri direnç değerleri, idealite faktörleri ve etkin engel yükseklikleri doğru besleme l-V karakteristiklerinden elde edilen Cheung fonksiyonları kullanılarak hesaplandı. C"2-V ölçümlerinden Vd difüzyon potansiyeli, Ob engel yüksekliği ve NA alıcı yoğunlukları elde edildi. Bu sonuçlar ve l-V ölçümleri kullanılarak Nss ara yüzey durum yoğunlukları hesaplandı. Havaya maruz kalma zamanının ve yaşlanmanın etkileri l-V ve C-V ölçümlerinden belirlendi. Bu değerler literatürle iyi bir uyum içindedir. Anahtar Kelimeler : Schottky Diyot, Ara Yüzey, Durum Yoğunluğu, İdealite Faktörü, Engel Yüksekliği, Seri Direnç. ABSTRACT INVESTIGATION OF SCHOTTKY DIODES MADE OF NATIVE OXIDED SEMICONDUCTORS BY VARIOUS METHODS AND IDENTIFICATION OF CHARACTERISTIC PARAMETERS ÇETİNKARA, H. Ali Kırıkkale University Graduate School Of Natural and Applied Sciences Department of Physics, Ph. D. Thesis Supervisor : Prof. Dr. D. Mehmet ZENGİN Co-Supervisor : Asst. Prof. Dr. Şerafettin EREL December 2002, 115 pages In this thesis, the effects of exposure-time to the room air and aging of Pb/p-Si/AI, metal (rectifying) /p-type semiconductor/metal (ohmic), Schottky diodes made of p-type silicon have been investigated using the measurements obtained from l-V and C-V graphs by exposing them to the room air in the laboratory medium. The previously polished p-type Si wafer used for the Pb/p-Si Schottky diodes was about 300 (.im thickness B-doped layer with 2-5 Q-cm resistivity in the direction of [100]. In order to deposit ohmic contact through a face of crystal, Al (%99.99) metal was evaporated under the 10"6 torr pressure. Crystal was divided into in -&\eight pieces for the purpose of study. To deposit rectifying contact for the ordered periods (immediately (PbD1), one day (PbD2), five days (PbD3), 10 days (PbD4), 15 days (PbD5), 30 days (PbD6), 45 days (PbD7) and 60 days (PbD8) after), Pb (%99.99) metal was evaporated under the 10"6 torr pressure. Thus, we obtained eight different Schottky barrier diodes. In order to investigate the effects of exposure-time to the room air and aging at the room temperature (T=300 K ), for the ordered periods (immediately, 15 days, 30 days, 45 days and 60 days after) l-V measurements have been done and its characteristics have been plotted, n ideality factors and ®b barrier height values have been obtained from the slopes of linear parts of the characteristics of semilog-forward bias l-V plots and linear parts intercepting the y-axis, respectively. Besides, serial resistance, ideality factors and effective barrier heights were calculated using Cheung functions obtained from forward bias l-V characteristics. Vd diffusion voltage, Ob barrier height and Na acceptor density have been obtained from C"2-V measurements. Nss, density of interface states calculated from these results and l-V measurements. The effects of exposure-time to air and aging have been determined from l-V and C-V measurement. These values are in good agreement with those of literature. Key Words: Schottky Diodes, Interface, State Density, Ideality Factor, Barrier Height, Series Resistance, IV