Au/(Zn-KATKILI) POLİVİNİL ALKOL/n-GaAs YAPILARIN HAZIRLANMASI VE AKIM-İLETİM MEKANİZMALARININ GENİŞ BİR SICAKLIK ARALIĞINDA İNCELENMESİ

Transkript

1

2 Au/(Zn-KATKILI) POLİVİNİL ALKOL/n-GaAs YAPILARIN HAZIRLANMASI VE AKIM-İLETİM MEKANİZMALARININ GENİŞ BİR SICAKLIK ARALIĞINDA İNCELENMESİ Hüseyin TECİMER DOKTORA TEZİ FİZİK ANABİLİM DALI GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HAZİRAN 2014

3 Hüseyin TECİMER tarafından hazırlanan Au/(Zn-KATKILI) POLİVİNİL ALKOL/n-GaAs YAPILARIN HAZIRLANMASI VE AKIM-İLETİM MEKANİZMALARININ GENİŞ BİR SICAKLIK ARALIĞINDA İNCELENMESİ adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ ile Gazi Üniversitesi Fizik Anabilim Dalında DOKTORA TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman: Prof. Dr. Şemsettin ALTINDAL Yoğun Madde Fiziği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum... Başkan : Prof. Dr. İbrahim USLU Kimya Eğitimi Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum... Üye : Doç. Dr. Adem TATAROĞLU Yoğun Madde Fiziği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum... Üye : Doç. Dr. Perihan DURMUŞ Atom ve Molekül Fiziği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum... Üye : Doç. Dr. Muharrem GÖKÇEN Katıhal Fiziği Anabilim Dalı, Düzce Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Doktora Tezi olduğunu onaylıyorum... Tez Savunma Tarihi: 11/06/2014 Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Doktora Tezi olması için gerekli şartları yerine getirdiğini onaylıyorum... Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü

4 ETİK BEYAN Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında; Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi, Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu, Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi, Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı, Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu, bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim. Hüseyin TECİMER 11/06/2014

5

6 iv Au/(Zn-KATKILI) POLİVİNİL ALKOL/n-GaAs YAPILARIN HAZIRLANMASI VE AKIM-İLETİM MEKANİZMALARININ GENİŞ BİR SICAKLIK ARALIĞINDA İNCELENMESİ (Doktora Tezi) Hüseyin TECİMER GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Haziran 2014 ÖZET Bu çalışmada, Au/(Zn-katkılı) Polivinil alkol/n-gaas Schottky engel diyotların (SBD) elektriksel karakteristikleri, akım-voltaj (I-V) ölçüm metodu kullanılarak geniş bir sıcaklık aralığında ( K) incelendi. Doğru ön-gerilim I-V ölçümlerinden idealite faktörü (n), sıfır-beslem engel yüksekliği (Bo), arayüzey durumlarının yoğunluğu (Nss), seri direnç (Rs) ve şönt direnç (Rsh) değerleri hesaplandı ve tüm bu parametrelerin sıcaklığa oldukça bağlı olduğu gözlendi. Termiyonik Emisyon (TE) teorisinin temeline dayanarak deneysel I-V verilerinin analizi, yüksek ve düşük sıcaklık bölgesi için ( K ve K) sırasıyla 0,14 ve 0,06 V standart sapma (σo) değerleri ve 0,92 ev ve 0,43 ev ortalama engel yükseklikleri ile çift Gaussian dağılımını (DGD) ortaya çıkardı. Sonuç olarak ln(io/t 2 )- (qo) 2 /2(kT) 2 q/kt eğrisi düzeltilerek yine yüksek ve düşük sıcaklık bölgesi için ( K ve K) sırasıyla 0,91 ev ve 0,39 ev olmak üzere yeni ortalama engel yüksekliği değerleri ile 8,14 A/cm 2 K 2 ve 2,00 A/cm 2 K 2 olmak üzere Richardson sabiti (A * ) değerleri elde edildi. Elde edilen A * =8,14 A/cm 2 K 2 Richardson sabiti değeri GaAs için bilinen teorik Richardson sabiti olan 8,16 A/cm 2 K 2 değerine oldukça yakındır. Ayrıca Nss lerin enerjiye (Ec-Ess) bağlı dağılım profilleri doğru ön-gerilim I-V ölçümlerinden, voltaja bağlı etkin potansiyel yüksekliği (e) dikkate alınarak elde edildi. Sonuç olarak, sıcaklığa bağlı diyotun elektriksel özelliklerinin yalnızca Nss den değil aynı zamanda Rs den de etkilendiği gözlendi. Bu yüzden, bu iki parametre hesaplamalarda özellikle doğru ön-gerilim koşulu için dikkate alınmalıdır. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Au/PVA/n-GaAs Schottky diyotlar, Sıcaklık etkisi, Engel yüksekliği, Arayüzey durumları, Seri direnç, Çift Gaussian dağılımı (GD). Sayfa Adedi : 88 Danışman : Prof. Dr. Şemsettin ALTINDAL

7 v THE PREPARATION OF Au/(Zn-Doped) POLYVINYL ALCOHOL/n-GaAs STRUCTURES AND THE INVESTIGATION OF THEIR CURRENT-TRANSPORT MECHANISMS IN THE WIDE TEMPERATURE (Ph. D. Thesis) Hüseyin TECİMER GAZİ UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES June 2014 ABSTRACT In this study, the electrical characteristics of Au/Polyvinyl alcohol (Zn-Doped)/n-GaAs Schottky barrier diodes (SBDs) have been investigated by using current-voltage (I-V) in the temperature range of K. The values of ideality factor (n), zero-bias barrier height (Bo), the density of interface states (Nss), series resistance (Rs) and shunt resistance (Rsh) were obtained from the forward bias I-V measurements and all these parameters were found to be a strong function of temperature. The analysis of I-V data based on thermionic emission (TE) theory of diodes has revealed the existence of double Gaussian distribution (DGD) with mean barrier height (BH) values of 0,92 ev and 0,43 ev with standard deviation (σo) of 0,14 V and 0,06 V, respectively. Thus, we modified ln(io/t 2 )-(qo) 2 /2(kT) 2 vs q/kt plot for two temperature regions ( K and K) and it gives renewed mean barrier heights values as 0,91 ev and 0,39 ev with Richardson constant (A * ) values 8,14 A/cm 2 K 2 and 2,00 A/cm 2 K 2, respectively. This obtained value of A * =8,14 A/cm 2 K 2 is very close to the known theoretical value of 8,16 A/cm 2 K 2 for n-type GaAs. The Nss distribution profile as a function of energy (Ec-Ess) was also extracted from the forward bias I-V measurements by taking into account the voltage dependence of the effective barrier heights (e). As a result, the electrical characteristics of diodes are affected not only Nss but also Rs with temperature. Therefore, they must be accounted in the calculations especially for the forward bias condition. Science Code : Key Words : Au/PVA/n-GaAs Schottky Barrier Diodes, Temperature effects, Barrier height, Interface states, Series resistance, Double Gaussian distribution (GD). Page Number : 88 Supervisor : Prof. Dr. Şemsettin ALTINDAL

8 vi TEŞEKKÜR Tez çalışmalarım süresince değerli yardımlarını eksik etmeyerek, çalışmalarımın her safhasında engin bilgileriyle beni yönlendiren, her konuda ilgi ve desteğini eksik etmeyen çok değerli danışman hocam Sayın Prof. Dr. Şemsettin ALTINDAL a teşekkürlerimi sunarım. Deney malzemelerinin temin edilmesinde desteğini esirgemeyen hocam Sayın Prof. Dr. İbrahim USLU ya teşekkür ederim. Her konuda sabırla yardımcı olan Sayın Doç. Dr. Habibe USLU ya sonsuz şükranlarımı sunarım. Bir takım ruhuyla çalışmalarımızı yürüttüğümüz tüm arkadaşlarıma, özellikle Yrd. Doç. Dr. Ahmet KAYA ya teşekkür ederim. Hayatım boyunca maddi ve manevi desteklerini, dualarını eksik etmeyen muhterem anneme, babama ve kıymetli kardeşlerime sonsuz şükranlarımı sunarım.

9 vii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... ABSTRACT... TEŞEKKÜR... İÇİNDEKİLER... ÇİZELGELERİN LİSTESİ... ŞEKİLLERİN LİSTESİ... iv v vi vii ix x RESİMLERİN LİSTESİ... xiii SİMGELER VE KISALTMALAR... xiv 1. GİRİŞ TEORİK BİLGİLER Metal-Yarıiletken (MS) Kontakların Teorisi İdeal MS kontaklarda Schottky-Mott teorisi Arayüzey yoğunluklu ve yalıtkan arayüzey tabakalı kontaklar/diyotlar Engel yüksekliğini ölçme metodları Engel boyunca tünelleme Metal-yarıiletken arayüzeyinde oluşan engel homojensizliği İdeal durumdan sapmaların başlıca nedenleri DENEYSEL YÖNTEM GaAs Kristalinin Temel Özellikleri Polivinil Alkolün (PVA) Temel Özellikleri Elektrospinning Yöntemi ile PVA Hazırlanması Au/PVA/n-GaAs Schottky Engel Diyotların Hazırlanması Deneysel Ölçüm Sistemi... 46

10 viii Sayfa Keithley 2400 akım-gerilim kaynağı Janis vpf-475 kriyostat ve Lake Shore model 321 sıcaklık kontrol sistemi DENEYSEL SONUÇLAR Giriş Sıcaklığa Bağlı Akım-Voltaj (I-V) Karakteristikleri SONUÇLAR KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ... 85

11 ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge GaAs ın özellikleri Çizelge 4.1. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için farklı sıcaklıklarda elde edilen Io, n,bo ve n.bo değerleri Çizelge 4.2. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için farklı sıcaklıklarda dv/dln(i)-i ve H(I)-I eğrileri kullanılarak elde edilen Rs değerleri... 60

12 x ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Φm > Φs durumunun geçerli olduğu n tipi yarıiletken üzerine oluşturulan metal kontağa ait elektron enerji bant diyagramı. (a) Nötr malzemelerin birbirlerinden ayrı olduğu durum ve (b) kontak yapıldıktan sonra termal denge durumu Şekil 2.2. n tipi yarıiletken üzerine kurulan doğrultucu metal kontağa ait elektron enerji bant diyagramları (a) ileri beslem durumu ve (b) ters beslem durumu 12 Şekil 2.3. Φm < Φs durumunun geçerli olduğu n tipi yarıiletken üzerine oluşturulan metal kontağa ait elektron enerji bant diyagramı (a) Nötr malzemelerin birbirlerinden ayrı olduğu durum (b) kontak yapıldıktan sonra termal denge durumu (c) yarıiletken üzerine ters gerilim uygulandığı durum ve (d) yarıiletken üzerine düz beslem uygulandığı durumu Şekil 2.4. Yüzey durumlarına ve yalıtkan arayüzey tabakaya sahip bir MS kontağın termal denge durumundaki enerji bant diyagramı Şekil 2.5. Metal/n-tipi GaAs yarıiletkende doğru beslem altında temel akım iletim mekanizmaları Şekil 2.6. Au-n tipi GaAs Schottky engellerinde FE ve TFE nin gerçekleştiği sıcaklık ve verici konsantrasyonu aralıkları Şekil 2.7. Schottky engel diyotlarda (a) ileri ve (b) ters öngerilimlerde TFE ve FE mekanizmaları Şekil 2.8. Farklı akım iletim mekanizmalarını gösteren nkt/q-kt/q grafiği Şekil 2.9. Bir metal-yarıiletken doğrultucu kontak için örnek bir potansiyel engelinin bilgisayar simülasyonu ile elde edilen üç boyutlu yanal homojensizliğinin görünümü Şekil Sabit bir elektrik alanda imaj kuvvetinden dolayı potansiyel engelindeki bükülme Şekil Metal/yarıiletken kontakta seri direncin etkisi Şekil Metal/yarıiletken kontaklarda kenar etkisi Şekil Homojen engel yüksekliğine sahip olmayan bir Schottky kontağın V gerilimi altındaki üç boyutlu bant diyagramı Şekil 3.1. GaAs için enerji-bant diyagramı Şekil 3.2. Elmas yapıdaki GaAs in kristal yapısı... 34

13 xi Şekil Sayfa Şekil 3.3. Si ve GaAs için enerji-bant yapıları Şekil 3.4. Elektrik alanın fonksiyonu olarak Si ve GaAs için taşıyıcı hızlarının değişimi Şekil 3.5. Hidroliz derecesi ve molekül ağırlığının PVA nın özellikleri üzerine etkileri Şekil 3.6. Vinil alkolün kimyasal yapısı Şekil 3.7. Polivinil alkolün kimyasal yapısı Şekil 3.8. Elektrospinning düzeneği ve mekanizması Şekil (Zn-katkılı) PVA nın SEM resimleri Şekil Omik kontak oluşturmak için kullanılan maske Şekil Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için C-V eğrisi (500 khz frekansta) Şekil Doğrultucu kontak oluşturmak için kullanılan maske Şekil Au/PVA/n-GaAs (MPS) yapının şematik gösterimi Şekil Deneysel ölçüm sisteminin şematik görünümü Şekil 4.1. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için farklı sıcaklıklarda doğru ve ters ön gerilim I-V eğrileri Şekil 4.2. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için sıcaklığa bağlı doğrultma oranı Şekil 4.3. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD sıcaklığa bağlı (a) Io ve (b) ln(io) eğrileri Şekil 4.3. (devam) Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD sıcaklığa bağlı (a) Io ve (b) ln(io) eğrileri Şekil 4.4. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD n vebo nin sıcaklığa bağlı değişimi Şekil 4.5. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için farklı sıcaklıklarda Ri-V eğrileri Şekil 4.6. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için farklı sıcaklıklarda (a) dv/dln(i)-i ve (b) H(I)-I eğrileri Şekil 4.6. (devam) Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için farklı sıcaklıklarda (a) dv/dln(i)-i ve (b) H(I)-I eğrileri... 59

14 xii Şekil Sayfa Şekil 4.7. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için farklı sıcaklıklarda Nss-(Ec-Ess) eğrileri Şekil 4.8. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için Ec-Ess nin fonksiyonu olarak çeşitli sıcaklıklarda arayüzey durumlarının (Nss) dağılım profili Şekil 4.9. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için n-1000/t eğrisi Şekil Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için Richardson ln(io/t 2 )-1000/T grafiği Şekil Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için çeşitli sıcaklıklarda Bo-n grafiği. 67 Şekil Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs için çeşitli sıcaklıklarda n(kt/q)-kt/q grafiği Şekil Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için ntun-t grafiği Şekil Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için engel yüksekliğinin GD na göre ap-q/2kt grafiği Şekil Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için engel yüksekliğinin GD na göre (nap -1-1)-q/2kT grafiği Şekil Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs için engel yüksekliğinin GD na göre düzelmiş Richardson (ln(io/t 2 )-(qσo) 2 /2(kT) 2 )-q/kt grafiği... 72

15 xiii RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 3.1. Keithley 2400 akım-gerilim kaynağı Resim 3.2. Janis vpf-475 kriyostat (solda) ve Lake Shore model 321 sıcaklık kontrol sistemi... 48

16 xiv SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama A Å A * C C o C ox E v E c E F E g E i E o E oo ev o i s K k * m e m o N D N A N c N v N ss Alan Angstrom Etkin Richardson sabiti Kapasitans Yalıtkan tabakanın sığası Yalıtkan tabakanın kapasitansı Değerlik (valans) bant kenarı enerjisi İletkenlik bant kenarı enerjisi Fermi enerjisi Yarıiletken yasak enerji aralığı Saf durumdaki enerji seviyesi Tünelleme etkin katsayısı Tünelleme olasılığını temsil eden karakteristik enerji Elektron volt Boşluğun elektrik geçirgenliği Arayüzey tabakanın dielektrik sabiti Yarıiletkenin dielektrik sabiti Kelvin cinsinden sıcaklık Boltzmann sabiti Elektronun etkin kütlesi Serbest elektron kütlesi Verici katkı atomlarının yoğunluğu Alıcı katkı atomlarının yoğunluğu İletkenlik bandındaki durumların yoğunluğu Değerlik bandındaki durumların yoğunluğu Arayüzey durum yoğunluğu

17 xv Simgeler Açıklama Q sc q R i R s R sh T V V D V F V R V G W D B Bo s m e n ap s n n ap ρ 2 ve ρ 3 σ o s I o J J sm J ms Uzay yükü Elektrik yükü Direnç Seri direnç Kısa devre direnci Mutlak sıcaklık Gerilim Difüzyon potansiyeli Doğru ön-gerilim Ters ön-gerilim Metal plakaya uygulanan gerilim Tüketim tabakasının genişliği Potansiyel engel yüksekliği Sıfır beslem potansiyel engel yüksekliği Yarıiletkenin iş fonksiyonu Metalin iş fonksiyonu Etkin engel yüksekliği n- tipi bir yarıiletkenin iletkenlik bandı ile Fermi seviyesi arasındaki enerji farkı Görünen engel yüksekliği Yarıiletkenin elektron yakınlığı İdealite faktörü Görünen idealite faktörü Engel yüksekliğinin sıcaklık katsayıları Standart sapma Arayüzey tabaka kalınlığı Yüzey potansiyeli Doyum akımı Akım yoğunluğu Yarıiletkenden metale doğru akım yoğunluğu Metalden yarıiletkene doğru akım yoğunluğu

18 xvi Kısaltmalar Açıklama a.c. C-V d.c. I-V MS MIS MOS MPS PVA SBD SEM TE TFE FE Alternatif akım Kapasitans-voltaj Doğru akım Akım-voltaj Metal-Yarıiletken Metal-Yalıtkan-Yarıiletken Metal-Oksit-Yarıiletken Metal-Polimer-Yarıiletken Polivinil alkol Schottky engel diyotu Taramalı elektron mikroskobu Termiyonik Emisyon Termiyonik Alan Emisyon Alan emisyon

19 1 1. GİRİŞ Bir metal-yarıiletken (MS) yapılarda metal ile yarıiletken arasında bir potansiyel engel yüksekliğinin oluştuğuna dair modeli ilk defa bilim adamı W. Schottky tarafından önerildiği için bu tür yapılar bazen Schottky engel diyotları olarak da adlandırılır. MS yapılar hakkındaki çalışmalar çok eskilere kadar uzanır. F. Braun [1] 1874 de bakır, demir ve kurşun sülfat kristalleri üzerindeki metalik kontakların doğrultucu özellik sergilediğini gözlemledi. O tarihten itibaren bu konularda birçok deneysel ve teorik çalışmalar yürütülmüş olsa da, MS yapıların/kontakların özellikle eklem bölgesi, M/S arasında MS, metal-yalıtkanyarıiletken (MIS) veya metal-polimer-yarıiletken (MPS) tipi Schottky diyotlarında akımiletim mekanizmaları özellikle düşük sıcaklıklarda ve yüksek katkılı yarıiletkenlerde oldukça karmaşık bir hal almaktadır. Bu yapılarda akım-voltaj (I-V) karakteristikleri, genelde Termiyonik emisyon (TE) teorisine göre incelenir ve bu teori ancak oda sıcaklığı veya üzerindeki sıcaklıklarda geçerlidir. Ancak bu yapılarda seri direnç (Rs), M/S arayüzeyinde doğal veya oluşturulan bir yalıtkan arayüzey tabaka ve arayüzey durumlarından (Nss) dolayı ideal durumdan sapmalar gözlenir. Diğer taraftan sadece oda sıcaklığındaki I-V ölçümleri akım-iletim mekanizması ve M/S arayüzeyinde oluşan engelin biçimi hakkında bize detaylı bir bilgi sağlayamaz. Ancak bu ölçümler geniş bir sıcaklık aralığında gerçekleştirildiğinde, hem muhtemel akım-iletim mekanizmaları hem de engelin biçimi hakkında bize detaylı bir bilgi sağlayabilir. Bu yüzden düşük sıcaklıklarda veya geniş bir sıcaklık aralığındaki, bu yapıların elektriksel karakteristiklerini incelemek oldukça önem kazanmaktadır. Ayrıca metal ile yarıiletken arasında oluşturulan yalıtkan veya polimer arayüzey tabakasının akım-iletim mekanizmaları üzerindeki etkilerini incelemek de oldukça güncel ve önemli bir çalışmadır. Çünkü bir yarıiletken aygıtın performansını etkileyen faktörlerin başında bu arayüzey tabakası, yapının seri ve kısa devre dirençleri, M/S arayüzeyinde yerleşmiş Nss ve oluşan engelin biçimi ile aygıtın sıcaklığı gelmektedir. Bir yarıiletken yüzeyi üzerine metalik telin kontak edilmesiyle üretilen nokta kontak diyotlar, kablosuz telgrafın ilk günlerinde radyo dalgası detektörü olarak kullanılmaya başlanmıştır. Ancak bu diyotların/yapıların yerini 1920 lerde geliştirilen vakum diyotlar almıştır. Nokta kontak diyotlar, frekans dönüştürücü ve düşük seviye mikrodalga detektörü olarak kullanılabilmesinden dolayı ikinci dünya savaşı yıllarında önem kazanmıştır. Ancak daha sonra nokta kontak doğrultucuların güvenirliğinin yeterli olmadığı anlaşılınca bunların

20 2 yerini yarıiletken yüzeyi üzerine ince metalik filmlerin kaplanmasıyla elde edilen doğrultucular almaya başlamıştır. Bu yapılar çok daha iyi elektriksel karakteristikler sergilediğinden dolayı metal-yarıiletken kontaklar/diyotlar üzerine yürütülen çalışmalardan yoğunluk kazanmıştır. MS kontakların doğrultucu özellik sergilemesi yani diyot doğru öngerilimlendiğinde akımı rahatlıkla iletmesi ancak ters ön-gerilimlendiğinde ise hemen hemen hiç akım iletmemesi ilk defa Schottky ve arkadaşları [2] tarafından gözlendi. Bu özellik metal ile yarıiletken arasında oluşan potansiyel engel yüksekliğine atfedildi [2-9]. Daha sonra Schottky [3] ve Mott [4] engel oluşumunun mekanizmasını birbirinden bağımsız olarak açıkladılar ve engel yüksekliğinin biçimini hesaplamaya yönelik modeller önerdiler. Schottky engel diyotlarında akım-iletimi anlamaya yönelik bir başka önemli çalışma ikinci dünya savaşı yıllarında Bethe [5] tarafından önerilen TE teorisidir dan sonra Schottky engel diyotları üzerine çalışmalar oldukça yoğunluk kazanmıştır. Bu tarihlerde metalyarıiletken bazlı güneş pilleri üzerine ilk çalışmalar başlamıştır. Böylece Schottky engel diyotların uygulama alanları büyük ölçüde artmıştır den sonra bu çalışmalar başlıca iki yönde yoğunlaşmıştır. Birincisi Schottky engel diyotları üzerine araştırmalar daha ziyade endüstride yaygın olarak kullanılmaya başlanması ve ikincisi ise M/S arayüzeyinin tam olarak anlaşılması konusunda yoğunlaşmıştır. Bu çalışmalar günümüzde ise özellikle bu yapıların çeşitlendirilmesi, performanslarının arttırılması ve özellikle düşük sıcaklık ve optoelektrik özelliklerinin detaylandırılması üzerine halen devam etmektedir. Yarıiletken aygıtlarda, performansı artırmak amacıyla son zamanlarda geleneksel düşük dielektrikli SiO2 yerine, metal ile yarıiletken arasına özellikle SnO2, Si3N4 ve TiO2 yüksek dielektrikli (') gibi materyaller kullanılmaya başlanmıştır [10-20]. Bu yüksek dielektrikli materyallerin M/S arayüzünde oluşturulması hem metal ile yarıiletken arasındaki difüzyon engellenmekte hem de arayüzeydeki birçok yüzey durumunu pasivize ederek diyotun performansını artırmakta olduğu inanılmaktadır. Ayrıca bu tür ince arayüzey materyallerin kaçak akımları önemli ölçüde azaltarak diyotun doğrultma oranını oldukça arttırmaktadır. Başka bir deyişle bir taraftan yapının seri direncini ve arayüzey durumlarını önemli ölçüde azaltırken diğer taraftan kısa devre direncini de oldukça arttırmaktadır. Bu yolla hem uygulanan voltajın/gerilimin büyük bir kısmının diyot üzerine düşmesi hem de diyot üzerinden daha fazla akım geçmesi sağlanmaktadır. Son yıllarda hem daha düşük maliyetli olması hem de düşük enerji gerektirdiğinden dolayı yalıtkan arayüzey tabakası yerine polivinil alkol gibi çeşitli organik materyaller kullanılmıştır. Ancak polimerler düşük iletkenliğe sahip oldukları için bu polimerlere farklı oranlar da metal katkılanarak iletkenliği

21 3 arttırılma yoluna gidilmiştir [21-30]. Organik arayüzey tabakaları; genelde spin kaplama ve sol-gel gibi yöntemlerle oluşturulmaktadır. Bu yöntemler klasik termal veya anodik oksidasyon veya püskürtme yöntemlerine göre ucuz ve tekrarlanabilirliği oldukça yüksek olup tek seferde daha fazla üretim yapılabilme imkanı sağlamaktadır. Ayrıca organik materyaller yarıiletkenlere göre oldukça ucuz, esnek ve boldur [31,32]. Bu önemli özelliklerinden dolayı son zamanlarda organik bazlı yarıiletken aygıtlar elektronik ve optoelektronik uygulamalarda oldukça yoğunluk kazanmıştır. Bu yapılar; organik ışık yayan diyot (Organic Light Emitting Diode-OLED), organik Schottky engel diyotları, organik alan etkili transistörler (Organic Field Effect Transistor-OFET), fotovoltaik güneş pilleri sayılabilir [33]. Organik yarıiletkenler, organik iletken polimerlerin keşfi ile birlikte büyük önem kazandığı söylenebilir. Bu çalışmada, hazırlanan metal-polimer-yarıiletken (MPS) tipi Au/(Zn-katkılı) PVA/n- GaAs Schottky diyotların muhtemel akım-iletim mekanizmaları, geniş bir sıcaklık ( K) ve voltaj (± 3 V) aralığında elde edilen deneysel akım-voltaj (I-V) ölçümleri kullanılarak detaylıca incelendi ve mevcut literatür ile kıyaslandı. Hazırlanan bu diyotların temel elektriksel parametreleri yapının direnci, arayüzey durumları, voltaj ve sıcaklık dikkate alınarak detaylıca incelendi. Doğru beslem I-V ölçümlerinden; temel diyot parametreleri olan ters-beslem doyma akımı (Io), idealite (kalite) faktörü (n), sıfır-beslem engel yüksekliği (Bo), seri ve kısa devre dirençleri (Rs ve Rsh) sıcaklığın fonksiyonu olarak elde edildi. Ayrıca arayüzey durumlarının dağılım profili (Nss); engel yüksekliği ve idealite faktörünün voltaja bağlı değişimi ve diyotun seri direnci dikkate alınarak tüm sıcaklıklar için elde edildi. Hazırlanan Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs Schottky diyotların akım-iletim mekanizmasının, K sıcaklık aralığında, çift Gaussian dağılımı (DGD) ile açıklanabileceği gösterildi. Bu mekanizmaya göre, M/S arayüzeyinde oluşan engelin tek olmadığını yani ortalama bir engel civarına yerleşmiş birçok irili-ufaklı engellerden veya patikalardan oluşur. Düşük sıcaklıklarda ortalama engelin üzerinden geçecek kadar enerjisi olmayan taşıyıcılar (n-tipi yarıiletkenlerde elektronlar) bu küçük engellerden veya patikalardan geçerek akımın artmasına ve dolayısıyla idealite faktörünün de artmasına yol açmaktadır. Ancak sıcaklık arttırılmaya devam edilirse, ortalama engeli geçebilecek kadar enerji kazanan çok sayıdaki elektron bu engeli rahatlıkla aşabilir. Başka bir ifadeyle TE teorisi etkin olmaya başlar. Özellikle düşük sıcaklıklarda TE teorisinden önemli ölçüde sapmalar görülür. Genelde Schottky tipi diyotlarda akımın artan voltajla üstel olarak artması beklenir. Ancak uygulamada bu durum; arayüzey tabakası, seri direnç ve arayüzey durumlarından dolayı

22 4 oldukça farklıdır. Deneysel uygulamalarda çoğunlukla azalan sıcaklıkla idealite faktöründe hızlı bir artma ve engel yüksekliğinde ise bir azalma gözlenir. Engel yüksekliğinin artan sıcaklıkla artması literatürde beklenen negatif sıcaklık katsayısına aykırıdır. Çünkü engel yüksekliğinin yarıiletkenin yasak enerji aralığına benzer şekilde artan sıcaklıkla azalması beklenir. İdealite faktörünün düşük sıcaklıklarda ideal durumdan (n=1) büyük sapma göstermesi ve engel yüksekliğinin artan sıcaklıkla artması son zamanlarda Gaussian dağılım (GD) [34-49], kuantum mekaniksel tünelleme (TFE, FE) [50-54] ya da To etkisi [55-57] ile açıklanmıştır. GaAs, III-V grubu yarıiletkeni olup, diyot, transistör, güneş pilleri gibi yarıiletken aygıtların yapımında önemli bir malzeme olarak göze çarpmaktadır [58]. Özellikle GaAs tabanlı olarak yapılan aygıtların yüksek hızlı düşük güç tüketimli aygıtlar olduğu tespit edilmiştir [59]. Dolayısıyla farklı GaAs MS yapılar üzerinde yoğun çalışmalar yapılmıştır. Çalışmalar genellikle Au/GaAs yapısı üzerine yoğunlaşmıştır [60]. Bu çalışmada yarıiletken olarak [100] yönelimine sahip her iki yüzü parlatılmış Si katkılı (n-gaas) kullanıldı. GaAs yüksek mobiliteye (hareketliliğe) sahip olduğundan katkı atomlarının konsantrasyonu genelde yüksektir ve dolayısıyla metal/gaas Schottky diyotlarında özellikle düşük sıcaklıklarda kuantum mekaniksel tünelleme (termiyonik alan emisyonu (TAE) ve alan emisyonu (AE) teorileri) etkin olur. Dolayısıyla bu tür yapılarda akım-iletim mekanizmaları henüz yeterince aydınlığa kavuşturulmamıştır. Arayüzey tabakası olarak da çinko (Zn) katkılı-polivinil alkol (PVA) kullanıldı. Polivinil alkolün özel niteliği OH grupları ve hidrojen bağının rolünden kaynaklanmaktadır [24]. PVA normalde zayıf bir elektriksel iletkendir ki bir takım metal atomlarının katkılanması ile iletkenlik özelliği artırılabilir. Yani bu polimerler Co, Zn and Ni gibi katkı metallerle katkılanarak iletimleri artırılabilir. Özellikle, katkılama işlemi moleküler hareketliliği değiştirir ve dolayısıyla kimyasal yapıyı, kristali ve polimerin çapraz bağlantı derecesini etkiler [24]. Bu nedenlerden dolayı bu çalışmada, organik materyal olarak PVA kullanıldı ve PVA nın iletkenliğini arttırmak için PVA ya Zn katkılandı. Ayrıca, üretim maliyetlerinin düşük, sıcaklığa karşı kararlı, dayanıklı ve kolaylıkla malzeme üzerine ince tabaka oluşturulabilir olması nedeniyle de PVA tercih edildi. Doğrultucu ve omik kontakların oluşturulmasında ise % 99,999 saflıkta altın (Au) kullanıldı. Bu doktora tez çalışması beş bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde; metal-yarıiletken kontakların başlıca kullanım alanları ve tarihçesi hakkında bilgi verildi. İkinci bölümde; MS,

23 5 MIS ve MPS tipi Schottky engel diyotların teorisi hakkında temel bilgiler verildi. Üçüncü bölümde; Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs Schottky diyotların temizleme aşaması, omik kontağın oluşturulmasından sonra n-gaas üzerine PVA-(Zn-katkılı) arayüzey tabakasının oluşturulması ve en son olarak da doğrultucu kontakların oluşturulması ile deneysel ölçüm yöntemleri hakkında gerekli bilgi verildi. Dördüncü bölümde, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak elde edilen akım-voltaj (I-V) verileri değerlendirilerek gerekli grafik ve tablolar oluşturularak elde edilen sonuçlar mevcut literatür ile kıyaslandı. Son bölümde ise elde edilen tüm deneysel sonuçlar ile ilgili öneriler ve yorumlar yapıldı.

24 6

25 7 2. TEORİK BİLGİLER 2.1. Metal-Yarıiletken (MS) Kontakların Teorisi İdeal MS kontaklarda Schottky-Mott teorisi Bir metal ile yarıiletken arasında oluşan potansiyel engel yüksekliği hakkında ilk çalışmalar Schottky tarafından yapıldığı için MS kontaklar genelde Schottky engel diyotları olarak adlandırılır [6-9]. Bir metal bir yarıiletkenle sıkı kontak edildiğinde oluşan engel yüksekliği genelde MS ara yüzeyinde yüklerin ayrışmasından dolayı ortaya çıkar. Yani bu engel, metal ile yarıiletken arasındaki yüklerin geçişinden (difüzyon) dolayı hareketli taşıyıcılardan arınmış yüksek dirençli bölgede oluşur. Bu bölge hareketli yük içermeyen yüksek dirençli yalıtkan bir tabakadır ve bu tabakaya tüketim tabakası ya da Schottky tabakası denilir. Engel oluşumunun modeli, eş zamanlı olarak Schottky ve Mott tarafından bağımsız olarak ortaya konulmuştur. Onlara göre; engelin yüksekliği metal ve yarıiletken malzemelerin iş fonksiyonları (Φm, Φs) arasındaki farktan kaynaklanmaktadır ve bu model Şekil 2.1 de n- tipi bir yarıiletken için gösterilmiştir. Bir MS diyot arka ohmik ve ön doğrultucu kontaklardan oluşmaktadır, fakat ohmik ve doğrultucu kontakların oluşumu da yine Φm ve Φs değerlerine bağlıdır. Örneğin, bir n tipi yarıiletkende omik kontak elde etmek için yarıiletkenin iş fonksiyonu Φm < Φs ve doğrultucu kontak elde etmek için ise Φm > Φs olmalıdır. P tipi yarıiletkenlerde ise bu durum n tipi yarıiletkenin tamamen tersidir. Ayrıca her iki tip yarıiletken için yarıiletkenin arka mat tarafına büyütülen saf metalin uygun bir sıcaklıkta yarıiletken içerisine çöktürülmesi düşük dirençli omik kontak oluşması açısından son derece önemlidir. Şekil 2.1.a ve 2.1.b den görüldüğü gibi; bir metalin iş fonksiyonu Φm, Fermi enerji (EF) seviyesindeki bir elektronu vakum seviyesine çıkarmak veya başka bir ifadeyle serbest hale getirmek için gerekli olan enerjidir. Φm, kristal örgünün periyodik potansiyeli nedeniyle bir hacim katkısına ve yüzeydeki dipol katmanı nedeniyle de yüzey katkısına sahiptir. Φs ise benzer şekilde tanımlanabilir. Yani yarıiletkendeki EF, katkı atomlarının yoğunluğuna ve sıcaklığa bağlı olarak değişken bir niceliktir. N tipi bir yarıiletkenlerde EF enerjisi iletkenlik bandı (Ec) referans alınarak tanımlanır (EF=kT/q.ln(Nc/Nd)) ve p tipinde ise valans (değerlik) bandı (Ev) referans alınarak tanımlanır (EF=kT/q.ln(Nv/Na). Dolayısıyla EF enerjisi aynı zamanda

26 8 valans veya iletkenlik bandındaki izinli durumların yoğunluğuna da (Nc, Nd) bağlıdır. Katkılamaya bağlı olmayan önemli başka bir yüzey parametresi olan elektron afinitesi/yakınlığı (χs), iletim bandının alt kenarında bulunan bir elektronun enerji farkı olarak tanımlanır. İş fonksiyonları, Φm ve Φs, ve χs birimleri genelde elektron volt (ev) cinsinden verilir. Şekil 2.1.a, hem metalin hem de yarıiletkenin birbirleriyle kontak yapılmadan önceki enerji-bant diyagramlarını göstermektedir. Şekil 2.1.b ise metal ve yarıiletken malzemelerin kontak edildikten sonraki termal denge durumu için enerji-bant diyagramlarını göstermektedir. Şekil 2.1.b den görüldüğü gibi, metal ile yarıiletken sıkı kontak yapıldıktan sonra, yarıiletkenin iletim bandındaki elektronlar (metaldeki elektronlardan daha yüksek enerjiye sahip) metal ile yarıiletkenin EF seviyeleri eşitleninceye (aynı hizaya gelene) kadar metale geçerler ve dolayısıyla arkalarında deşikler (holler) bırakırlar. Böylece, yarıiletkenden metale geçen elektronlar nedeniyle yarıiletkenin metal sınırındaki serbest elektron yoğunluğu azalır. Azalan elektron yoğunluğuyla birlikte Ec ve EF arasındaki enerji farkının artmasından ve termal dengede hem EF nin hem de Eg nin sabit kalmalarından dolayı Ec ile Ev Şekil 2.1.b de gösterildiği gibi aşağı doğru bükülmektedir. Metale geçen iletim bandı elektronları arkasında pozitif yüklü iyonize vericiler bırakmasından dolayı metal sınırındaki yarıiletken bölgesi hareketli elektronlardan arınmış bir bölge oluşturur ve dolaysıyla bu bölge zaman zaman uzay yükü bölgesi veya hareketli yük içermediği için yüksek dirençli bir tabaka olarak adlandırılır. Metal ile yarıiletken arasındaki yüklerin ayrışmasından (difüzyonundan) dolayı Şekil 2.1.b deki gibi yarıiletkenden metale doğru bir doğal (iç) elektrik alan oluşur. Şimdi yarıiletkendeki Ec, Ev ve qvi enerji seviyelerinin veya bantlarının hangi ölçüde büküleceği incelenebilir. Şekil 2.1.b de görüldüğü gibi, yarıiletkenin Eg bant aralığının (Ec- Ev), metal ile yarıiletkenin kontak edilmesinden sonra da değişemeyeceği açıktır. Böylece, termal denge durumunda bir metal-yarıiletken kontak için engel yüksekliğini belirleyen önemli faktör vakum seviyesinin geçiş bölgesi boyunca sürekli kalmasıdır. Böylece, bantlardaki bükülmenin büyüklüğü, iki vakum seviyesi arasındaki farka, yani iki iş fonksiyonu arasındaki farka eşit olur (qvi = (Φm - Φs)). Burada Vi volt cinsinden verilen eklemin kurulum/kurulma potansiyeli (built-in potential) olarak bilinen kontak potansiyel farkıdır. Yani qvi miktarı, yarıiletkenden metale geçmeye çalışan elektronların aşması gereken veya karşılaşılan potansiyel engel yüksekliğidir. Fakat metalden yarıiletkene doğru görülen engel, yarıiletkenden metale doğru görülen qvi engelinden büyüktür ve Şekil 2.1.b den de görüldüğü gibi aşağıdaki eşitlikler ile tanımlanabilir:

27 9 ΦB = (Φm - χs) ve Φs = (Φn + χs) (2.1.a) eşitliklerinin kullanılması ile; metalden yarıiletkene doğru görünen net engel yüksekliği B ΦB = (qvi + Φn) (2.1.b) eşitliği ile verilir. Burada Φn aslında EF ye eşdeğer olup Ec ile EF arasındaki farka eşittir (Φn=Ec-EF). Ancak n-tipi yarıiletkenlerde EF değeri, Ec referans alınarak belirlendiği için Φn=Ec-EF = EF alınır. Eşitlik 2.1.b ilk defa Schottky [3] ve Mott [4] tarafından eş zamanlı olarak birbirlerinden bağımsız olarak ileri sürülmüştür ve bu Schottky limiti olarak da bilinir. Ancak Eşitlik 2.1.b, Φm ve Φs deki yüzey dipol katkılarının metalin yarıiletkenle kontak edilmesinden sonra değişmediği varsayımına dayanmaktadır. Şimdi de Şekil 2.1.b de elde edilen kontağın doğası göz önüne alınarak, potansiyel engelinin büyüklüğü ve şekli, uzay yük bölgesindeki tabakasındaki yük dağılımından hesaplanabilir. Genelde, ΦB değeri termal enerji (=kt/q) değerinden oldukça büyüktür ve dolayısıyla yarıiletkendeki uzay yük bölgesi hareketli yüklerden yoksun olan yüksek dirençli (yalıtkan) bir tükenim bölgesi haline dönüşür. Bu durumda, engelin şekli, yarıiletkendeki verici (donor) katkı atomlarının yoğunluğundan elde edilir. Schottky [3], metal ara yüzeyine doğru yarıiletkenin düzgün bir şekilde katkılandığını varsayımından hareketle tükenim bölgesinin düzgün yük yoğunluğuna sahip olduğunu söyler. Bu sabit uzay yük için elektrik alan kuvveti uzay yük tabasının sınırından itibaren uzaklıkla birlikte lineer olarak artar ve oluşan parabolik engel ilk çalışan bilim adamına atfen Schottky engeli olarak da bilinir. Mott [4] ise bu tabakayı, metal ile yarıiletken arasında sandviçlenmiş düzgün olarak katkılanmış bir ince tabaka/bölge olarak tanımlar. Bu ince bölgedeki elektrik alan kuvveti sabit ve bölge boyunca potansiyel lineer olarak artar. Bu tip engel, yine ilk çalışan bilim adamına atfen Mott engeli olarak bilinir. Mott engeli neredeyse intrinsik (saf) yarıiletken gibi az katkılı ince bir tabakanın metal ve yüksek katkılı yarıiletken arasına konulmasıyla ortaya çıkar. Şekil 2.1.b, metal ile yarıiletken kontak edildikten sonraki termal denge durumu olduğu için; metalden yarıiletkene ve yarıiletkenden metale geçen taşıyıcı miktarı eşit olduğunda net akım sıfırdır.

28 10 Metal Yarıiletken Vakum Seviyesi qvi=(φm φs) s φs φm Ec φm s EF φb EF EF Ev + + qvi Wo Ec φn EF Ev (a) (b) Şekil 2.1. Φm > Φs durumunun geçerli olduğu n tipi yarıiletken üzerine oluşturulan metal kontağa ait elektron enerji bant diyagramı. (a) Nötr malzemelerin birbirlerinden ayrı olduğu durum ve (b) kontak yapıldıktan sonra termal denge durumu

29 11 Oysa dış devre üzerinde net bir yük akışı gerekmektedir/istenir ve bu yüzden metalyarıiletken (MS) kontak ya doğru ya da ters yönde öngerilimlenerek termal denge durumu bozulur. Doğru ve ters öngerilim için enerji bant diyagramları sırasıyla Şekil 2.2.a ve 2.2.b de verilmiştir. Yani bir MS kontağın doğru öngerilim altındaki enerji bant diyagramı Şekil 2.2.a da gösterilmiştir. Bir yarıiletkendeki tükenim bölgesi, az miktarda hareketli taşıyıcı içerdiğinden metalin ve nötr yarıiletkenin direncine kıyasla tükenim bölgesinin direnci oldukça büyüktür ve uygulanan tüm dış gerilim/voltaj bu bölgede görülür. Uygulanan dış gerilim, bantların toplam kavisini/bükülmesini değiştirerek ve dolayısıyla tükenim bölgesi boyunca gerçekleşen voltaj düşmesini modifiye ederek denge bant diyagramını bozar. Denge durumundaki potansiyel engelinden küçük olan bir doğru öngerilim voltajı (V=VF) MS kontağa uygulandığında, tükenim bölgesinin genişliği daralır ve Şekil 2.b de görüldüğü gibi bu bölge boyunca görülen engel/voltaj, Vi değerinden (Vi-VF) ye düşer. Çünkü bu durumda dış elektrik alan ile iç elektrik alan tamamen zıt yönlerdedir ve dolayısıyla net elektrik alan düşmektedir. Yarıiletken tarafındaki elektronlar bu durumda daha düşük bir engel ile karşılaştıkları için yarıiletkenden metale doğru olan elektron akımında termal denge durumuna kıyasla büyük oranda bir artış meydana gelir. Metalden yarıiletkene olan elektron akımında ise denge durumundaki değerine göre bir değişiklik oluşmaz. Bu durum, metal boyunca voltaj düşmesinden dolayı ΦB nin beslem voltajından etkilenmemesinin bir sonucudur. Böylece, yarıiletken üzerindeki negatif beslem için, metalden yarıiletkene doğru akıma neden olan, yarıiletkenden metale doğru net bir elektron akımı vardır. Bu kutuplanma nedeniyle, MS ekleminin düz/doğru veya ileri yönde beslendiği söylenir. Doğru beslem altında akım değeri uygulan VF voltajıyla üstel olarak artar. Yani MS kontaklarda akım iletimi veya akım-voltaj ilişkisi iletkenlerdeki gibi omik olmayıp üsteldir. Bu defa, yine denge durumundaki potansiyel engelinden küçük olmak üzere bir ters öngerilim voltajı (V=VF) MS kontağı uygulandığında, enerji bant diyagramı Şekil 2.2.b de gibi değişecektir. Dolayısıyla, yarıiletken metale göre V=-VR voltajıyla negatif beslenmiştir ve tükenim bölgesi boyunca olan potansiyel düşmesi (Vi+VR) ye yükselecektir. Çünkü ters öngerilim altında iç ve dış elektrik alan tamamen aynı yöndedir ve dolayısıyla net elektrik alan doğru besleme göre oldukça artacaktır. Başka bir ifadeyle doğru öngerilimde tüketim bölgesi daralırken, ters öngerilimde ise oldukça artacak ve dolayısıyla da metal ile yarıiletken arasındaki yük geçişleri oldukça azalacaktır. Yani, MS kontakların bu özelliği doğrultma özelliği (rectifier behavior) olarak bilinir. Çünkü MS yapı doğru beslemde akım geçirirken ters beslemde ise hemen hemen hiç geçirmemektedir ve bu doğrultma oranı (DO veya RR) yeteri kadar aynı doğru ve ters beslemlerde IF/IR, ile belirlenir. Şekil 2.2.a ve 2.2.b de verilen

30 12 enerji bant diyagramlarının denge durumu dışındaki durumlara karşılık geldiği ve tek bir EF içermeyeceğine dikkat edilmelidir. Elektronların harekete başladığı bölgedeki EF, elektronların hareketini tamamlayarak aktığı bölgedeki EF ye kıyasla daha büyüktür q(v i V F ) E c φ m q(v i +V R ) E Fm φ m qv F W E F E Fm qv R W E c E F E v E v (a) (b) Şekil 2.2. n tipi yarıiletken üzerine kurulan doğrultucu metal kontağa ait elektron enerji bant diyagramları (a) ileri beslem durumu ve (b) ters beslem durumu Yukarıdaki tanımlamalar yalnızca metalin iş fonksiyonu yarıiletkenin iş fonksiyonundan büyük olan (Φm > Φs) n-tipi yarıiletkenler veya başka bir ifadeyle doğrultucu kontaklar için geçerlidir. Metalin iş fonksiyonu yarıiletkenin iş fonksiyonundan küçük olan (Φm < Φs) durumunda (omik kontak) geçerli olduğu bir n tipi yarıiletkenin elektron enerji bant diyagramı ise Şekil 2.3 de gösterilmiştir. Şekil 2.3.a kontaklar birbirinden ayrı iken enerji bantlarının durumunu göstermektedir. Kontak yapıldığı zaman elektronlar geride pozitif yük bırakarak metalden yarıiletkenin iletkenlik bandına doğru akarlar ve sınırın yarıiletken tarafında elektron yığılımına yol açarlar. Dengeye ulaşıldığında yarıiletkendeki Fermi seviyesi Şekil 2.3.b deki gibi Φs - Φm miktarı kadar artar. Yarıiletkendeki yığılım tabakası yükleri Debye uzunluğu mertebesindeki bir kalınlık arasındadırlar. Metaldeki elektronların yoğunluğunun oldukça çok olmasından dolayı, metal tarafındaki pozitif yükler metalyarıiletken arayüzeyinden 0,5 angstrom mesafe uzaklıkta yüzey yükü olarak sınırlandırılmışlardır. Yarıiletkende herhangi bir tükenim bölgesinin oluşmadığı açıktır ve yarıiletkenden metale veya tam tersi yöndeki elektron akışı için herhangi bir potansiyelin bulunmadığını açıktır. Arayüzeye yakın bölgedeki elektron yoğunluğu artmış olur ve sistemdeki en yüksek dirençli bölge bulk yarıiletken bölgedir.

31 13 Metal Yarıiletken Vakum Seviyesi φ m φ s s s φ s E F E c φ m φ n E c E F E v E F + φ n E F E v (a) (b) E c E F E F E F E v + + E c E F (c) (d) E v Şekil 2.3. Φm < Φs durumunun geçerli olduğu n tipi yarıiletken üzerine oluşturulan metal kontağa ait elektron enerji bant diyagramı (a) Nötr malzemelerin birbirlerinden ayrı olduğu durum (b) kontak yapıldıktan sonra termal denge durumu (c) yarıiletken üzerine ters gerilim uygulandığı durum ve (d) yarıiletken üzerine düz beslem uygulandığı durumu Pratikte, dıştan uygulanan tüm voltaj Şekil 2.3.c ve Şekil 2.3.d deki gibi her iki akım yönü için de bu bulk bölge üzerine düşer. Böylece, akımın bulk bölgenin direnci tarafından belirlendiği ve uygulanan gerilimin yönünden bağımsız olduğu açığa kavuşmuş olur. Böylesi bir doğrultucu olmayan kontaklar omik kontak olarak adlandırılır. Süregelen tartışma bir n tipi yarıiletken için bir metal-yarıiletken kontağın Φm > Φs olması durumunda doğrultucu ve Φm < Φs olması durumunda ise omik kontak olduğunu göstermiştir. P tipi yarıiletken için ise tersi durum geçerlidir.

32 Arayüzey yoğunluklu ve yalıtkan arayüzey tabakalı kontaklar/diyotlar Arayüzey durumlarının ve arayüzey tabakanın varlığı durumunda, metal-yalıtkanyarıiletken (MIS) kontakların genel analizi ilk olarak Cowley ve Sze [61] tarafından araştırılmıştır. Rhoderick [7] ise daha sonra bu çalışmaları tekrar ele almıştır. Cowley ve Sze tarafından yeterince ileri pozitif gerilim (VF) değerleri için elde edilen flat (düz) bant engel yüksekliğinin ifadesini yarıiletkendeki voltaj düşmesini (Vi -VF) azaltarak Schottky engel eklemine uygulanacağını gösterdi. Bu durumda tüketim bölgesindeki yükler ortadan kaybolur ve metal tarafındaki yükler yarıiletken tarafındaki arayüzey yükleri tarafından dengelenirler. Birçok MS kontaklarda metal büyütülmesinden önce yarıiletken yüzeyi kimyasal olarak iyice temizlenir. Ancak kendiliğinden ince bir yalıtkan oksit tabaka yarıiletken yüzeyinde oluşabilir ve buna doğal oksit tabakası denilir. Bu tabakanın kalınlığı yüzey hazırlama yöntemlerine bağlı olup iyi bir Schottky kontağı için Å civarındadır. Doğal veya yapay arayüzey oksit/yalıtkan tabakaya sahip olan bir kontağın enerji bant diyagramı Şekil 2.4 te verilmiştir. Bu diyagramda sistem boyunca Fermi seviyesi aynıdır ve ara yüzey boyunca vakum seviyesi süreklidir. Şekil 2.4 te görüldüğü gibi uygulanan gerilimin bir kısmı arayüzey oksit tabakası üzerine düşer. Bu tabaka genelde herhangi bir hareketli yük içermediğinden bir ideal yalıtkan tabaka veya yüksek dirençli arayüzey tabakası olarak kabul edilir. Yalıtkan arayüzey tabaka yeterli miktarda ince ise ( 320 Å) bu tabaka boyunca görülen potansiyel düşmesi yarıiletkendeki tüketim bölgesindeki düşmeye kıyasla ihmal edilebilecek kadar düşüktür. Böyle bir ince tabaka elektronlar için transparent/geçirgen sayılır. Çünkü elektronlar hem metalden yarıiletkene hem de yarıiletkenden metale doğru geçebilirler/tünelleyebilirler. Yani, engel yüksekliği ve kontak potansiyel farkı bu arayüzeyin varlığından etkilenmezler. Genelde, metal-yarıiletken arasında ince bir yalıtkan tabakanın varlığında, metal-yarıiletken arasındaki engelin biçimi ve iletim mekanizmaları incelemek temiz kontaklara kıyasla daha kolaydır. Çünkü yalıtkan tabaka metali yarıiletkenden ayırır (izole eder) ve böylece her birisi ayrı bir sistem gibi değerlendirilir. Bu durumda, ara yüzey durumlarını yarıiletken-yalıtkan kombinasyonunun bir özelliği olarak düşünülebilir ve yüzey dipollerinin metalin ve yarıiletkenin iş fonksiyonlarına katkılarının modifikasyonunu ihmal edilebilir. Özellikle yüksek dielektrik sabitli böyle bir yalıtkan tabaka birçok yüzey durumunu da pasivize edebilir. Bu sebeplerden dolayı MIS yapılar MS yapılara göre daha çok tercih edilir.

33 15 Yalıtkan Arayüzey tabaka METAL YARIİLETKEN E F B + + o + E c E F E v Şekil 2.4. Yüzey durumlarına ve yalıtkan arayüzey tabakaya sahip bir MS kontağın termal denge durumundaki enerji-bant diyagramı Yüzey durumlarına ve yalıtkan arayüzey tabakaya sahip bir MS kontakta termal denge durumunda oluşan engel yüksekliği ifadesi aşağıdaki eşitlikle verilir [61]. 1 (2.2) ve c1 sabiti aşağıdaki gibidir. / (2.3) Burada; εi yalıtkanın permitivitesi/geçirgenliği, δ yalıtkan tabakanın kalınlık, q elektronik yük ve Nss birim alan ve birim enerji (ev) başına arayüzey durumlarının yoğunluğudur. Nötr seviye Φo nın konumu valans bandının üst tarafından itibaren hesaplanır. Eşitlik 2.3 teki c1 değeri eğer bire yakınsa Nss yoğunluğu sıfıra gitmekte ve bu durumda ΦBo Eşitlik 2.1.a daki Schottky limitine yaklaşır. Öte yandan, Eşitlik 2.3 teki c1 değeri eğer birden çok küçükse ya da sıfıra yaklaşıyorsa Nss yoğunluğu oldukça yüksek demektir.

34 Engel yüksekliğini ölçme metodları Schottky engel diyotlarında akım ya yarıiletkenden metale veya metalden yarıiletkene doğrudur ve metalden yarıiletkene geçen taşıyıcıların gördüğü engel yarıiletkenden metale doğru geçenlerin gördüğü engelden yaklaşık Fermi enerjisi kadar daha büyüktür (Şekil 2.5). Şekil 2.5 te gösterildiği gibi temel akım-iletim mekanizmaları dört grupta toplanabilir: (a) engel üzerinden TE, (b) engel boyunca tünelleme, (c) tükenim bölgesinde taşıyıcı birleşmesi veya üretimi ve (d) azınlık taşıyıcı enjeksiyonuyla eş olan yarıiletkenin nört bölgesindeki taşıyıcı birleşmesi. (a) da belirtilen süreç (TE) genellikle Si ve GaAs bazlı Schottky engel diyotlarında görülen baskın mekanizmadır ve ideal diyot karakteristiklerine sahiptir. Bu teoriye göre yeteri kadar termal enerji kazanan taşıyıcıların engel üzerinde metalden yarıiletkene veya yarıiletkenden metale geçmesidir. Ayrıca bu akım-iletim mekanizması oda ve üzerindeki sıcaklıklarda ve de orta katkılı yarıiletkenlerde etkin olur. Diğer üç mekanizmadan özellikle (b) ve (c) durumunda ise ideal durumdan sapmalar olur. Yani idealite faktörü birden (ideal durumdan) oldukça büyüktür ve engelin yüksekliği ve biçimi sıcaklığa ve katkı atomlarının miktarına oldukça bağlıdır. Δφ B (a) (b) qv d X m φ B W E c E Fm qv F (c) (d) E F E v Şekil 2.5. Metal/n-tipi GaAs yarıiletkende doğru beslem altında temel akım iletim mekanizmaları

35 17 Şekil 2.5 te görüldüğü gibi yarıiletkenden metale engel üzerinden aktarılan bir elektron veya deşik tükenim bölgesinden geçmek zorundadır. Bu bölge boyunca taşıyıcıların hareketi sürüklenme ve difüzyon şeklindedir. Elektronların metale emisyonu metaldeki mevcut durumların yoğunluğu tarafından kontrol edilir. Deneysel ve teorik çalışmalarda [62,63] akımın sürüklenme ve difüzyon işlemleriyle sınırlandığını varsaydılar. Schottky diyotlarda, akım ile uygulanan voltaj arasındaki ilişki aşağıdaki gibi ifade edilir [7]; 1 (2.4) Burada S diyodun alanı, Nc yarıiletkenin iletim bandındaki durumların yoğunluğu (n-tipi yarıiletken), µ elektronun mobilitesi ve diğerleri iyi bilinen terimlerdir. Ayrıca Bethe [5] diyot akımının engel üzerinden TE ile kısıtlandığını göstermiştir ve bu Eşitlik 2.4 ile uyumlu değildi. İki mekanizma arasındaki temel fark tükenim bölgesindeki quasi (yarı)-fermi seviyesinin konumudur. Difüzyon teorisine göre, taşıyıcılar diyot ileri/doğru öngerilimlense bile örgüyle denge halindedirler böylece arayüzeyde taşıyıcıların quasi-fermi seviyesi metalin Fermi seviyesiyle (Φn=EF) Şekil 2.5 teki noktalı eğri ile gösterildiği gibi örtüşür. TE teorisine göre ise yarıiletkenden metale geçiş yapan taşıyıcıların (elektronların) metalde hali hazırda bulunan elektronlardan daha yüksek enerjiye sahiptirler ve bu taşıyıcıların quasi-fermi seviyesi kesikli çizgilerle gösterildiği gibi tükenim bölgesi boyunca neredeyse yataydır. Sürüklenme ve difüzyonun akımları tükenim bölgesindeki etkisi TE teorisinde ihmal edilebilirdir ve engel yüksekliği kt/q ya kıyasla büyük olduğu kabul edilir. Şekil 2.5 te görüldüğü gibi metalden yarıiletkene geçen elektronların gördüğü engel aşağıdaki gibi ifade edilebilir. n * q V V n exp i o kt (2.5) Gerilim altında, elektronların metalden yarıiletkene akışı için olan engel pratikte değişmez ve ΦB değerinde kalır. Bu yüzden metalden yarıiletkene doğru oluşan akım (IMS), - Io dır ve bu ters beslem doyum akımı olarak bilinir. Ancak yarıiletkenden metale doğru oluşan akım (ISM) ise aşağıdaki gibi ifade edilir. ISM = Io[exp(qV/kT) 1] (2.6)

36 18 Maxwell dağılımı için ortalama termal hız ifadesi ῡ=(8kt/πme * ) ½ şeklindedir ve Nc= 2(2πme * kt/h 2 ) 3/2 olduğu dikkate alındığında Io doyum akımı aşağıdaki gibi yazılabilir: Io = SA * T 2 exp( ΦB/kT) (2.7) A * etkin Richardson sabiti olup aşağıdaki gibi ifade edilir. A * = (4πme * qk 2 )/h 3 (2.8) Burada me * elektronun etkin kütlesi, h Planck sabiti ve k ise Boltzmann sabitidir. Ayrıca GaAs gibi küresel enerji yüzeylerine sahip bir yarıiletken için, me * yönden bağımsızdır, fakat Ge ve Si gibi izotropik olmayan enerji yüzeylerine sahip yarıiletkenler için me * yöne bağlıdır. Richardson sabiti birimi (A/cm 2 K 2 ) olup n-tipi Si için 112 ve p-tipi Si için 32 iken n-tipi GaAs için 8,16 tür [64]. TE teorisi tükenim bölgesindeki elektron çarpışmalarının ihmal edilmesi varsayımına dayanır ve bu varsayım yalnızca yüksek mobiliteli yarıiletkenler için geçerlidir. Diğer taraftan Crowell ve Sze nin [65] termiyonik emisyon difüzyon (TED) teorisinde engel tükenim bölgesi civarında elektron dağılım fonksiyonunun Maxwell dağılımına uyduğunu ve klasik sürüklenme ve difüzyon denklemlerinin bu bölge boyunca kullanılabileceğini kabul eder. Şekil 2.6 da n-tipi GaAs-Au Schottky engellerinde FE den TFE ye geçiş için sıcaklık ve katkı konsantrasyonu aralıkları gösterilmiştir [6].

37 19 12 kt (mev) TFE FE Katkı konsantrasyonu (cm 3 ) Şekil 2.6. Au-n tipi GaAs Schottky engellerinde FE ve TFE nin gerçekleştiği sıcaklık ve verici konsantrasyonu aralıkları Engel boyunca tünelleme Özellikle düşük sıcaklıklar ve yüksek katkılı yarıiletken için TFE ve FE mekanizmaları oldukça etkin olmaya başlar. Yani difüzyon ve TE mekanizmalarının yanında, taşıyıcılar ayrıca engel boyunca kuantum mekaniksel tünelleme ile de taşınabilirler. Bu durum Şekil 2.7 a ve 2.7.b de sırasıyla ileri ve ters öngerilimleme durumları için gösterilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi yarıiletkenin EF iletkenlik bandının tabanının üzerine çıkmıştır ve bu durum dejenere durum olarak bilinir. Yani katkı atomlarının yoğunluğu, iletim bandındaki durumların yoğunluğuna yaklaşınca veya büyükse EF enerjisi yarıiletken iletim bandının içine doğru kayar. Ayrıca bu yüksek katkılama nedeniyle ( cm -3 ) tükenim bölgesi oldukça incedir ve düşük sıcaklıklarda Fermi seviyesine yakın enerjiye sahip elektronlar yarıiletkende metal tünelleme yapabilirler. Bu işlem FE olarak bilinir. Artan sıcaklıklarda çok sayıda taşıyıcı daha ince ve daha alçak bir bariyerle karşılaştıkları EF den daha yüksek seviyelere çıkabilirler. Bu taşıyıcılar engeli aşacak kadar enerjiye sahip olmasalar bile engelin tepesine ulaşmadan engelin incelen kısmından metale tünelleme yapabilirler ve bu tünelleme TFE olarak bilinir.

38 20 (a) TFE E m φ m FE φ n E F qv F E c E Fm Δφ B (b) φ B TFE E Fm FE qv R E F E c Şekil 2.7. Schottky engel diyotlarda (a) ileri ve (b) ters öngerilimlerde TFE ve FE mekanizmaları

39 21 Engel kalınlığı ve yüksekliği azalırken, Fermi seviyesi üzerindeki enerjiye sahip elektronların sayısı azaldığından dolayı TFE nin katkısının maksimum olduğu Şekil 2.7 de görüldüğü gibi bir Em büyüklüğünde bir enerji seviyesi ortaya çıkar. Eğer sıcaklık aşama aşama daha da artılırsa, pratikte tüm taşıyıcılar engelden daha büyük enerji kazanarak engelin tepesinden (üstünden) metalden yariletkene veya yarıiletkenden metale geçebilirler ve bu durumda TE teorisi genelde tek başına baskın hale gelir. MS kontaklar veya diğer adıyla Schottky diyotlarda engel içinde oluşan kuantummekaniksel (TFE ve FE) tünelleme olayı uygulanan gerilime bağlı olup akım-voltaj ilişkisi aşağıdaki gibi ifade edilebilir [7,8,55,66-68]. I I tun qv ( IR s exp 1 Eo (2.9) ve n tun Eoo Eoo coth kt kt Eo kt (2.10) burada Eoo tünelleme ile ilgili bir enerji parametresidir ve şu şekilde ifade edilir. E oo h N D * 4 me s 1/ 2 (2.11) burada h (=6.626x10-34 J.s) Planck sabiti, me * (=0.067mo) elektronun etkin kütlesi, s (=13.1o) GaAs ın dielektrik sabiti,o (=8.85x10-12 F/m) boşluğun dielektrik sabitidir. Böylece, Eoo ın oda sıcaklığındaki değeri mev olarak bulundu. Schottky kontaklarda tünelleme etkisine göre kontakta hakim olan taşıyıcı mekanizmasını açıklayabilmek mümkün olmaktadır. Böylece kontak yapıda, * Eoo << kt/q ise termiyonik emisyon (TE) * Eoo >> kt/q olduğunda alan emisyonu (FE) * Eoo kt/q ise termiyonik alan emisyonu (TFE)

40 eşitliği voltaja bağlı potansiyel engel yüksekliği sabiti olan, (=dbo/dv) dikkate alınarak şu şekilde yazılabilir [7,8,67,68]; n tun Eo kt ( 1 ) (2.12) Yukarıda bahsedilen akım-iletim mekanizmalarından hangisinin tek başına veya birlikte etkin olduğu, Şekil 2.8 de tanımlanmıştır. II III I 30 V nkt/q (mv) 20 IV I. TE (n=1) II. TE (n>1) III. TE (T o effect) 10 IV. TFE V. FE kt/q (mv) Şekil 2.8. Farklı akım iletim mekanizmalarını gösteren nkt/q-kt/q grafiği

41 Şekil 2.8 de görüldüğü gibi To anomally/effect (etkili) akım iletim mekanizması aşağıdaki gibi kısaca açıklanabilir: 23 İdealite faktörünün birden büyük olması genelde hayali kuvvet, yalıtkan ara yüzey tabakası ya da arayüzey durumlarından ortaya çıkıyorsa n artık sıcaklıktan bağımsızdır. Fakat n nin birden büyük olması eğer TFE den veya tüketim bölgesindeki rekombinasyon akımlarından kaynaklanıyorsa, idealite faktörü n sıcaklığa bağlıdır. Schottky diyotların çoğunluğunda n sıcaklığa bağlıdır. To etkili J-V karakteristiği, ** 2 q B qv J A T exp exp 1 (2.13) k( T To k( T To şeklinde ifade edilir [6,55]. Burada To geniş bir sıcaklık aralığında sıcaklık ve voltajdan bağımsız olan sabit bir parametredir. n nin sıcaklığa bağlılığı deneysel olarak n = 1+To/T olarak ifade edilir. Voltajın fonksiyonu olarak değişik akım-iletim mekanizmaları Şekil 2.8 de görüldüğü gibi olabilir. I, II, III eğrileri, TE teorisinin baskın olduğu mekanizmaları belirtir. Bunlar n=1, n > 1 ve To etkili durumlarına karşılık gelir. IV eğrisi TFE ve V eğrisi FE iletim mekanizmalarının etkin olduğu durumları gösterir [69] Metal-yarıiletken arayüzeyinde oluşan engel homojensizliği İdealite faktörünün birden çok büyük olması yukarıda bahsedilen iletim mekanizmaları, yalıtkan ara yüzey tabakasının kalınlığı ve ara yüzey durumlarının varlığı ile açıklanamaz. İdealite faktörünün birden çok büyük olması son zamanlarda engel homojensizliği ile açıklanmıştır [70-72]. Bu teoriye Gaussian dağılımı da (GD) denir. Yani metal-yarıiletken Schottky kontaklarda akım-gerilim (I-V) karakteristiklerinin ideal olmaması veya idealite faktörü n nin 1 den büyük olması M/S arayüzeyindeki uzaysal homojensizliklerden ortaya çıkabilir [70-72]. Metal ve yarıiletken arasındaki arayüzeyin atomik olarak pürüzlü (düzensiz) olması, difüzyon potansiyeli (VD) ve engel yüksekliğinin (ΦB) farklı uzaysal değişimlerine neden olarak homojen olmayan bir dağılıma neden olacaktır. Metaldeki atomik yapı, dislokasyonlar ve tane sınırlarının yanı sıra metalin kalınlığının değişimi arayüzeyin pürüzlü olmasına neden olabilir. Bu potansiyel değişimlerin bir başka nedeni de; alan emisyonundan dolayı lokal engel yüksekliğinin azalması olabilir. Ayrıca arayüzeyde

42 24 farklı metalik fazların etkisi ile de bu lokal değişimler ortaya çıkabilir. Bunun yanı sıra yarıiletkendeki donor atomlarının rastgele dağıldığı düzenli bir örgüde, donor atomları arasındaki düzensiz mesafeler de bahsedilen potansiyel değişimlerin bir başka nedeni olabilir. Bu etkenlerden dolayı engel yüksekliğinin bir Gaussian dağılıma sahip olduğu düşünülür [73-75]. Düşük sıcaklıklarda, birçok Schottky diyotun ideal TE den sapma gösterdiği gözlenmiştir. İdealite faktörünün düşük sıcaklıklarda önemli oranda arttığı ve ln(io/t 2 )-1/T grafiğinin (Richardson eğrisi) lineer olmadığı, bunun yerine ln(io/t 2 )-1/nT eğrisinin lineer olduğu görülmüştür. Bu sapmanın imaj-kuvvet etkisi, tünelleme etkisi ya da deplasyon bölgesindeki rekombinasyon akımı ile izah edilemeyeceği bulundu [70,76]. Düşük sıcaklık bölgesinde gözlenen bu anormallikleri açıklamak için arayüzey halleri [56,77], arayüzey tabakaları [78-80] ve engel homojensizlikleri [70,72,81] gibi pek çok model önerilmiştir. Bu modeller arasında engel homojensizliği modeli düşük sıcaklıklarda gözlenen bu anormallikleri açıklamada en başarılı model olarak ele alınmaktadır. Tung [70,81] homojen olmayan engel modelini göz önüne aldı ve homojen olmayan engel için akım-gerilim ilişkisini açıklayan bir ifade elde etti. Ancak Tung ve arkadaşlarının geliştirdikleri modelde deneysel olarak belirlenmesi gereken birçok parametre vardı. Werner et al. [72] potansiyel dağılımı modelini geliştirdi ve idealite faktörü için analitik bir ifade elde ederek engel homojensizliklerine dayalı modifiye edilmiş akım-gerilim ilişkisi öne sürdü. Bu modelde Schottky engelinin düzgün olmadığı farz edildi ve belirli bir ΦB engel yüksekliği ile ilgili olasılık yoğunluğunun hem sıcaklık hem de gerilimden bağımsız olan bir σo standart sapmaya sahip bir ortalama değerli Gauss dağılımına sahip olduğu kabul edildi. Bazı bölgelerde Schottky engel yüksekliği Φ B ortalama engel yüksekliğinden ΔΦ kadar bir sapmaya sahiptir. Burada, engel yüksekliği ve difüzyon potansiyelinin uzaysal dağılımlarının detaylı analizinden ziyade potansiyel engeli ve engel yüksekliğinin Gauss dağılımıyla ilgileneceğiz. Şekil 2.9, metal-yarıiletken arayüzeyindeki yanal homojensizlikleri üç boyutlu uzayda göstermektedir [82].

43 25 Şekil 2.9. Bir metal-yarıiletken doğrultucu kontak için örnek bir potansiyel engelinin bilgisayar simülasyonu ile elde edilen üç boyutlu yanal homojensizliğinin görünümü [82] Song ve arkadaşları [73] tarafından ileri sürülen teoride, (s) standart sapma ve Φ ortalama değerli engel yüksekliğinin Φ (2.14) şeklinde verilen bir Gaussian dağılıma sahip olduğu kabul edilmektedir [73,74]. Teoride, ortalama engel yüksekliği Φ ve engel yüksekliğinin standart sapmasının karesi σs nin uygulama potansiyeline Φ Φ (2.15) ve (2.16) şeklinde lineer bağlılıkları kabul edilerek doğru beslem potansiyeline bağlı toplam akım,

44 26 IV IΦ,VPΦ dφ (2.17) şeklinde tanımlanmaktadır. Burada ve voltaj katsayılarıdır. İntegral almak suretiyle IV A * T exp Φ exp 1 exp (2.18) elde edilir. Ayrıca ters doyum akımı, I AA * T exp (2.19) ile verilir. ap ve nap sırasıyla görünen engel yüksekliği ve görünen idealite faktörü olup, Φ Φ (2.20) 1 (2.21) şeklinde tanımlanmaktadır. Eş. (2.19) ve (2.20) birleştirilerek, ln (2.22) şeklinde yazılabilir. Sonuç olarak, bu teoriye göre azalan sıcaklıkla sıfır beslem engel yüksekliğinin azalmasına engel yüksekliğinin Gaussian dağılımının varlığı neden olmaktadır ve bu etkinin mertebesi engel yüksekliğinin standart sapması ile belirlenmektedir denilebilir. Bu etki, özellikle düşük sıcaklıklarda önemlidir. Öte yandan idealite faktöründe görülebilecek anormal artış, ortalama engel yüksekliği ve beslem ile meydana gelen standart sapmanın değişimine de bağlıdır [83].

45 İdeal durumdan sapmaların başlıca nedenleri İmaj-kuvvet (Schottky) etkisi İdeal bir Schottky diyot için engel yüksekliği ifadesi; Φ Φ χ (2.23) ile verilmektedir. Fakat bazı etkiler teorik olarak verilen bu gerçek Schottky engel yüksekliği ifadesini değiştirebilir. Bu etkilerden ilki; Schottky etkisi veya imaj kuvvet etkisinden dolayı engel yüksekliğinin azalmasıdır. Metalden x kadar uzaklıktaki bir mesafede bir dielektrikteki bir elektron bir elektrik alan oluşturacaktır. Elektrik alan çizgileri, metal yüzeyine dik olmalıdır ve bu çizgiler metalin yüzeyinden iç kısma doğru x kadarlık bir mesafede yerleşmiş bir +q imaj yükününki ile aynı olacaktır. Bu imaj etkisi Şekil 2.10 da gösterilmiştir. İmaj yükü ile Coulomb etkileşmesinden dolayı elektron üzerine etki eden kuvvet, F qe (2.24) ifadesi ile verilir. Potansiyel ifadesi ise, Φx Edx dx (2.25) ile verilir. Burada x integral değişkeni olup, x= için potansiyel sıfır olarak kabul edilmektedir. Elektronun potansiyel enerjisinin qφ(x) değişimi başka elektrik alanın olmadığı kabul edilerek Şekil 2.10 da gösterilmektedir. Metal-yarıiletken arayüzeyindeki toplam potansiyele, bu imaj potansiyeli de katkıda bulunacağından toplam potansiyel ifadesi yeniden şu şekilde düzenlenir. Φx E. x (2.26)

46 28 Sabit bir elektrik alanın varlığında elektronun potansiyel enerji değişimi Şekil 2.10 da gösterilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi potansiyel engelin maksimum değeri azalmaktadır. Potansiyel engelin bu şekilde azalması imaj-kuvvet etkisi ile engel yüksekliğinin azalması olarak bilinir. Toplam potansiyelin türevi, değerinin maksimum olduğu noktada sıfır olacağından, 0 (2.27) yani potansiyel engelinin maksimum olduğu konum, x (2.28) olur ve imaj-kuvvet etkisinden dolayı Schottky engel yüksekliğinin azalması, ΔΦ (2.29) ile verilir [84]. Metal 0 x m x qδφ İmaj potansiyel enerji qφ m q x qφ B E F 0 Şekil Sabit bir elektrik alanda imaj kuvvetinden dolayı potansiyel engelindeki bükülme

47 29 Seri direnç etkisi Metal-yarıiletken doğrultucu kontaklarda, yarıiletken tarafında oluşan deplasyon bölgesi dışında kalan nötral bölgenin diyot akımına karşı gösterdiği dirençtir ve Rs ile gösterilir. Bu etki, yüksek gerilim değerlerinde baskın olmaya başlar ve diyot akımının düşmesine neden olur. Şekil 2.11, bir Schottky diyota yüksek gerilim uygulandığı zaman seri direncin akımda doyum etkisi ile meydana gelen diyot akımındaki azalmayı göstermektedir [7]. Akım (A) R s etkisi Gerilim (V) Şekil Metal/yarıiletken kontakta seri direncin etkisi Tünelleme etkisi Aşırı katkılanmış yarıiletkenlerden yapılan Schottky kontaklarda, düşük sıcaklıklarda baskın durumda olan bir mekanizmadır. Bu mekanizmada yük taşıyıcıları, normal olarak engel üzerinden geçmeyip engeli kuantum mekaniksel tünelleyerek geçerler. Bu mekanizma diyotun elektriksel karakteristiklerinin ideal durumdan sapmasına yol açar [7]. Kenar etkileri Metal/yarıiletken arasında elektrik alan çizgilerinin ekleme dik olduğu önceki bölümlerde varsayılmıştır. Ancak Schottky kontaklar, genelde geniş bir yarıiletken yüzeyine küçük bir metal nokta yapılarak oluşturulmaktadır. Metal noktanın kenarındaki elektrik alanın değerinin, merkezindeki alandan daha küçük olduğu görülmüştür. Yapılan deneysel

48 30 çalışmalarda, Schottky kontakların ters öngerilim akım değerlerinin teorik değerlerden daha büyük olduğu görüldü. Bu durumun kenar sızıntı akımı ile açıklanabileceği ortaya konuldu. Kenar etkisini yok etmek için metal yarıiletken diyotlar guard (koruma yüzüğü) yapılır. Koruma yüzüğü n-tipi bir yarıiletken için p-tipi bölgeler oluşturularak yapılır [8]. Schottky kontak Oksit tabaka p tipi koruma yüzükleri n tipi yarıiletken Omik kontak Şekil Metal/yarıiletken kontaklarda kenar etkisi Yüzey durumları Schottky kontaklarda engel yüksekliği, I-V ve C-V ölçümleri için farklı sonuçlar verir. Schottky kontaklarda I-V ve C-V ölçümlerinden elde edilen engel yüksekliğinin sıcaklığa bağlı değişimi ve idealite faktörünün 1 den büyük olması farklı şekillerde açıklanmaktadır. Yarıiletken ve/veya metalden kaynaklanan metal-yarıiletken arayüzeyinin düzgün olmaması, Şekil 2.13 te gösterilen Vbo (built-in voltajı) ve engel yüksekliğinin farklı uzaysal değişimlerine neden olarak homojen olmayan bir dağılıma neden olacaktır. Yarıiletken yüzeyinin yapısı, metaldeki atomik yapı, dislokasyonlar ve tanecik sınırlarının (grain boundary) yanı sıra metalin kalınlığının değişimi arayüzeyin pürüzlü olmasına neden olabilir. Bu potansiyel değişimlerin bir başka nedeni de alan emisyonundan dolayı yerel engel yüksekliğinin azalması olabilir. Ayrıca arayüzeyde farklı metalik fazların etkisi ile de bu yerel değişimler ortaya çıkabilir. Bunun yanı sıra yarıiletkendeki donor atomlarının rastgele dağıldığı düzenli bir örgüde bu atomlar arasındaki düzensiz mesafeler de bahsedilen potansiyel değişimlerin bir başka nedeni olabilir [72]. Küçük boyutlu devre elemanlarındaki bu tür katkı atomlarının etkisi Arnold ve arkadaşları (1987) ile Nixon ve arkadaşları (1990) tarafından incelenmiştir. Potansiyel değişim modeli, homojen olmayan Schottky kontaklar için daha önce yapılan çalışmalardan farklıdır [72]. Bu konuda daha önce yapılan

49 31 çalışmalarda farklı engel yüksekliğine sahip olan homojen ve homojen olmayan Schottky diyotlar üzerinde farklı çalışmalar yapılmıştır. Ohdomari ve Tuy (1980), PtSi/Si ve NiSi/Si gibi farklı diyotların özelliklerini inceleyerek, düşük engelli NiSi/Si ve yüksek engelli PtSi/Si Schottky kontaklara karşılık gelen toplam d.c. akımın, düşük engelli ve yüksek engelli akımlarının toplanması ile modifiye edilebileceğini açıklamışlardır. Benzer modeller, foto-tepki ve kapasite ölçümlerine de uygulanmıştır. Böylece akım, kapasite ve foto-emisyonu açıklayan etkin Schottky engellerin, düşük ve yüksek engelli kontak bölgelerinin oranına bağlı olduğu açıklanmıştır. I-V eğrileri için benzer çalışma Tuy ve arkadaşları (1990) tarafından yapılmıştır. Ohdomari ve Tuy un modeli, I-V ölçümlerinden daha yüksek olan C-V ölçümlerindeki engel yüksekliğinin artan sıcaklıkla azalmasını açıklar [85]. DC akımı düşük engelli diyotların alanına kuvvetlice bağlıdır. Buna rağmen, bütün bu modellerin düşük ve yüksek engel bölgelerindeki durumu farklıdır. Yani Schottky engellerin düzensiz olarak değiştiği kabul edilerek birbirinden ayrılmış yüksek ve düşük engellerin yüzey yükü bölgelerinin genişlikleri de farklıdır. Ayrıca Ohdomari et al. (1980) bir engel dağılımının yerine iki farklı engelin varlığını kabul etmişlerdir. Freeouf et al. (1982) de yaptıkları simülasyon programı ile I-V ve C-V ölçümlerinden elde edilen engel yükseklikleri ile iki farklı engelin varlığını doğrulamışlardır. Yüksek engel Düşük engel ev bo q b E C qv metal yarıiletken E F E V Şekil Homojen engel yüksekliğine sahip olmayan bir Schottky kontağın V gerilimi altındaki üç boyutlu bant diyagramı

50 32

51 33 3. DENEYSEL YÖNTEM 3.1. GaAs Kristalinin Temel Özellikleri GaAs, III. grupta bulunan Galyum (Ga) ve V. grupta bulunan Arsenik (As) elementlerinden oluşan III-V bileşik yarıiletkenidir. GaAs ilk olarak 1920 li yıllarda Goldschmidt tarafından üretilmiştir. Şekil 3.1 de GaAs için enerji-bant diyagramını göstermektedir. Bu şekilde Ec iletkenlik bandının tabanın enerji seviyesi, EF Fermi enerji seviyesi, Ev valans bandının tavanının enerji seviyesi, q yarıiletkenin elektron ilgisidir (GaAs için q =4,07 ev), ve Eg yarıiletkenin yasak enerji aralığıdır (GaAs için Eg=1,42 ev). Yasak enerji aralığı; sıcaklığa, yarıiletken malzemenin cinsine, saflığına ve katkılama yapısına bağlıdır. Vakum seviyesi q =4.07 ev ev E c E g =1.42 ev E F E v Şekil GaAs için enerji-bant diyagramı GaAs, değişik tekniklerle kristal yapıda büyütülebilir. Bunlardan birincisi, Bridgman- Stockbarger tekniği olup bu teknikte GaAs, Ga ve As buharı bir ucu soğutucuya bağlı bir tohum kristal üzerinde reaksiyona girecek şekilde bir yatay fırın kullanılarak büyütülür. İkinci teknik LEC (liquid encapsulated Czochralski) tekniğidir. Burada GaAs, As basıncı altında bir pota içindeki Ga eriyiğinin bir tohum kristal üzerinde büyütülmesiyle elde edilir. Diğer bir teknik de VPE (Vapour phase epitaxy) olup bu teknikte gaz fazındaki galyum metali ile arsenik triklorid in aşağıda yazılan reaksiyonu ile GaAs filmler elde edilir.

52 34 2Ga + 2AsCl3 2GaAs + 3Cl2 (3.1) En son olarak MOCVD (Metal-organic chemical vapour deposition) kullanılarak GaAs kristali, trimetilgalyum and arsin in aşağıda yazılan reaksiyonu sonucunda elde edilir. Ga(CH3)3 + AsH3 GaAs + CH4 (3.2) Şekil 3.2 de GaAs kristal yapısını göstermektedir. Burada arsenik ve galyum atomlarının elmas kristal örgüdeki yerleşimi açık bir şekilde görülmektedir. As Ga Şekil 3.2. Elmas yapıdaki GaAs in kristal yapısı Şekil 3.3 te GaAs için iletkenlik bandının tabanıyla, valans bandının tepesinin aynı k dalga vektörü değerinde olduğunu göstermektedir. Bu, GaAs için valans bandından iletkenlik bandına geçen bir elektron için momentum değişimi olmayacağını gösterir. Bu özelliğinden dolayı GaAs, doğrudan bant aralıklı yarıiletken olarak adlandırılır ve optoelektronik devrelerde kullanılabilir. Oysa aynı şekilde, Si için valans bandının tepesi ile iletkenlik bandının tabanının aynı k değerinde olmadığı açıkça görülmektedir. Bu durumda valans bandından iletkenlik bandına doğru olan elektron geçişi esnasında momentum değişimi söz konusu olacaktır. Si bu özelliğinden dolayı doğrudan olmayan bant aralıklı yarıiletken sınıfına girer ve bundan dolayı optik uygulamalarda kullanılamaz.

53 35 4 Si İletim bandı GaAs İletim bandı 3 T=300K Enerji (ev) E g = 1.12 ev e e 0.38 E g = 1.42 ev 1 h + h + 2 Valans bandı L [111] X [100] Dalga vektörü Şekil 3.3. Si ve GaAs için enerji-bant yapıları Valans bandı L [111] X [100] Silisyumun, doğada bol miktarda bulunması, kolay işlenmesi ve fiziğinin iyi anlaşılmış olmasından dolayı yarıiletken teknolojisinde son 40 yıldan fazla süredir genişçe kullanılan bir malzeme olduğu aşikârdır. Silisyumun bu baskın özelliklerinden dolayı, GaAs bu zaman diliminde askeri ve ticari alanlar dâhil önemsenmeyecek derecede az ilgi uyandırmıştır. Ancak, mikrodalga frekanslarında çalışan yarıiletken devre elemanları için artan taleple birlikte GaAs ı işlemenin ortaya çıkması, GaAs ı yarıiletken pazarında silisyum teknolojisiyle yarışır hale getirdi. GaAs ın silisyuma karşı avantajlarından birincisi yüksek elektron mobilitesine sahip olmasıdır. Bu özellik GaAs ın mikrodalga frekanslarda çalışmasını sağlayan en önemli nedendir. Çünkü mobilite, taşıyıcı hareketliliğiyle ilgili bir parametre olup yük taşıyıcısının (elektron veya boşluk) uygulanan elektrik alandan ne kadar çok etkilendiğini gösteren bir niceliktir. Bundan dolayı taşıyıcı hızının elektrik alana karşı grafiği bize taşıyıcı mobilitesi hakkında bilgi verir. Şekil 3.4 te Si ve GaAs için uygulanan elektrik alanın fonksiyonu olarak taşıyıcı hızlarının değişimini göstermektedir. Şekilden de görüldüğü gibi GaAs için maksimum nokta ele alındığında GaAs ın elektron mobilitesinin silisyum unkinden yaklaşık 6 kattan daha yüksek olduğu açıkça görülebilir. Yapılan çalışmalar GaAs dijital devre elemanlarının Silisyumdan yapılanlara göre 2 ile 5 kat arasında daha hızlı çalıştığını ve daha düşük güç kaybı gösterdiğini bildirmektedir.

54 36 2x10 7 GaAs V(cm/s) Si 0 E (kv/cm) 10 Şekil 3.4. Elektrik alanın fonksiyonu olarak Si ve GaAs için taşıyıcı hızlarının değişimi GaAs sadece hız avantajı değil aynı zamanda yarıyalıtkan taban malzeme olarak üretilme özelliğinden dolayı yarıiletken endüstrisinde yaygın bir kullanıma sahip oldu. Yarıyalıtkan özelliği devre elemanları arasında yalıtım görevi göreceğinden, düşük elektronik gürültüye ve eksiksiz bir tümleşik devre üretimine yol açar. Bunlara ilave olarak GaAs, Silisyuma göre daha büyük bir yasak enerji aralığına sahip olduğu için özdirenci daha büyüktür. Bu durum, kısa azınlık taşıyıcı hayat süresine sahip olması ile de birleştirilirse GaAs ın radyasyona karşı dayanıklı bir malzeme olmasını sağlar. GaAs elektronik özelliklerinden dolayı birçok uygulamada diğer yarıiletkenlere göre daha fazla avantajlara sahiptir. Tümleşik devre elemanları ile düşük ve yüksek frekans devre elemanlarının yapımında GaAs yaygın olarak kullanılmaktadır. GaAs yüksek elektron mobilitesine sahip olması sebebiyle, dijital devre elemanlarının yapılarında kullanılabilir. Hızlı çalıştığı ve daha düşük güç kaybı gösterdiğini bildirmektedir. GaAs için iletkenlik bandının tabanıyla, valans bandının tepesinin aynı k dalga vektörü değerinde olduğundan GaAs için valans bandından iletkenlik bandına geçen bir elektron için momentum değişimi olmayacaktır. Yani GaAs, doğrudan bant aralıklı yarıiletken olduğundan optoelektronik devrelerde kullanılabilir. Çizelge 3.1 de GaAs ın özellikleri görülmektedir [8].

55 37 Çizelge GaAs ın özellikleri Özellik GaAs Erime noktası ( o C) 1238 Yasak enerji aralığı (Eg, ev) 1,42 Enerji aralığı tipi Direkt Elektron mobilitesi (cm 2 /Vs) 8000 Boşluk mobilitesi (cm 2 /Vs) 400 Elektron etkin kütlesi (mo) 0,067 Boşluk etkin kütlesi (mo) 0,48 Asal taşıyıcı konsantrasyonu (cm -3 ) 1,8x10 6 Elektron ilgisi (ev) 4,07 Termal genleşme katsayısı (10-6 / o C) 6 Termal iletkenlik (/cm o C) 0,54 Dielektrik sabiti (εo) 13,1 Erime noktasındaki buhar basıncı (Torr) 740 Maksimum işlem sıcaklığı ( o C) Polivinil Alkolün (PVA) Temel Özellikleri Polivinil alkol (PVA) suda çözünen sentetik reçinelerin içinde en geniş hacimli polihidroksi polimerdir. Ticari olarak polivinil asetatın hidrolizi ile üretilir. PVA terimi vinil asetat ve vinil alkolün kopolimerleri olarak düşünülebilecek olan ürünlerin dizilimini ifade eder. Polivinil alkolün (PVA) fiziksel özellikleri üretiliş metoduna göre değişiklik gösterir. Son özellikleri polivinil asetatın polimerizasyon koşulları, hidroliz koşulları, kurutma ve öğütme işlemleriyle etkilenir. Hidroliz derecesi ve molekül ağırlığının PVA nın özellikleri üzerine etkileri Şekil 3.5 te gösterilmiştir. Şekil 3.5 te görüldüğü gibi, hidroliz derecesinin PVA özellikleri üzerine etkileri sabit molekül ağırlığı için geçerlidir. Aynı şekilde; molekül ağırlığı değişirken PVA özelliklerinde değişimler sabit hidroliz derecesi için geçerlidir [24].

56 38 Artış Artan viskozite Artan blok direnci Molekül Ağırlığı Artan esneklik Artan su dayanıklılığı Artan gerilme kuvveti Artan çözünme kolaylığı Artan su direnci Artan yapışma kuvveti Artan çözücü direnci % Hidroliz Azalma Artış Artan su direnci Artan gerilme kuvveti Artan blok direnci Artan çözücü direnci Artan hidrofilik yüzeylere yapışma Artan esneklik Artan yayılma gücü Artan su duyarlılığı Artan çözünme kolaylığı Artan hidrofobik yüzeylere yapışma Azalma Şekil 3.5. Hidroliz derecesi ve molekül ağırlığının PVA nın özellikleri üzerine etkileri Plastikleştirilmemiş PVA nın gerilme kuvveti hidroliz derecesine, molekül ağırlığına ve bağıl neme bağlıdır. Isı uygulaması ve çekme işleminden kaynaklanan moleküller dizilim gerilme kuvvetini artırır. PVA nın gerilme esnekliği neme karşı oldukça duyarlıdır. Uzama oranı tamamen kuruyken %10 dan küçük, %80 bağıl nemliyken % arasındadır [24]. Plastikleştirici eklenmesi bu değerleri iki kat artırabilir. Esneklik hidroliz derecesinden bağımsızdır; fakat molekül ağırlığı ile doğru orantılı olarak artar. Kopma gerilimi bağıl nemin artması ve küçük miktarlarda plastikleştirici ilavesi ile artar.

57 Vinil alkol ve polivinil alkolün kimyasal yapısı Şekil 3.6 ve Şekil 3.7 de sırasıyla verildi. 39 Şekil 3.6. Vinil alkolün kimyasal yapısı Şekil 3.7. Polivinil alkolün kimyasal yapısı PVA kimyasal reaksiyonlara diğer ikincil polihidrik alkollerin davranışına benzer bir biçimde kalır. PVA eterleşme reaksiyonlarına, esterleşme reaksiyonlarına ve asetalizasyon reaksiyonlarına girerek çeşitli bileşikler oluşturur. Bunların yanında bazı metaller ve organik bileşiklerle kompleksler oluşturduğu reaksiyonları da mevcuttur. PVA nın temel uygulama alanları; tekstil boyutlandırma, yapıştırıcılar, polimerizasyon stabilizerleri, kâğıt kaplama, polivinil bütiral ve PVA fiberleridir. Uygulama alanlarının yüzdesel dağılımı; tekstil boyutlandırma %30, koruyucu kolloid olarak kullanımı dahil yapıştırıcılar %25, fiberler %15, kağıt boyutlandırma %15, polivinil bütiral %10 ve suda çözünen filmler, dokuma olmayan kumaş bağlayıcılar, yoğunlaştırıcılar, gübreler için yavaş işletme bağlayıcıları, fotoğraf baskı plakaları, kozmetikler, süngerler ve sağlık koruma uygulamaları gibi diğer uygulama alanları %5 tir. PVA filmleri, çözelti dökme veya ekstrüzyon ile üretilebilir. Çözelti dökme ile film oluşturma bütün molekül ağırlıklarında ve hidroliz derecelerinde plastikleştirilmemiş filmlerin kolaylıkla üretilebildiği çok yaygın kullanılabilen bir yöntemdir. Filmin sudaki

58 40 çözünürlüğü uygun hidroliz derecesi seçilerek kontrol edilebilir. Bu filmler deterjanların, böcek ilaçlarının, hastane çamaşırlarının paketlenmesi ve su içerisine yerleştirilmesi gereken çok sayıda malzeme için çanta haline getirilerek kullanılabilirler. PVA; metaller, plastikler ve seramikler için geçici koruyucu kaplama olarak kullanışlıdır. Kaplama; üretim, taşıma ve depolama sırasında mekanik ve kimyasal ajanların tahribini azaltır. Koruyucu film soyma veya su ile yıkıma ile çıkartılabilir. PVA nın dikromatlarla ultraviyole çapraz bağlanması, baskılı devre üretiminde ve renkli televizyon tüpü üretiminde kullanılır. Kısmi olarak hidroliz edilmiş PVA emülsiyon haline dönüştürme, kalınlık ve film oluşturma özellikleri nedeniyle birçok kozmatik uygulamalarında kullanılır. PVA aynı zamanda sulu çözeltiler ve dispersiyonlar için viskozite oluşturucu olarak kullanılır Elektrospinning Yöntemi ile PVA Hazırlanması Nanofiber polimer ince filmlerin elektriksel özellikleri ve bunların özelliklerinin ölçülmesine duyulan ihtiyaç giderek önem kazanmaktadır. Polimer bileşik ince filmlerin uygulamalarından biri Schottky engel diyotlardır. Metal-yarıiletken alttaş üzerindeki Schottky engel diyotlar; parametrik yükselteç, frekans çoğaltıcı, karıştırıcı diyot ve jeneratör olarak kullanılırlar [86]. Polimer bileşik nanofiber ince filmleri birçok yöntem kullanılarak hazırlanabilir. Biz bu çalışmada PVA ince filmlerini elektrospinning tekniğini kullanarak hazırladık. Elektrospinning yönteminde (Şekil 3.8), polimer ince film üretmek için elektrik enerjisinden yararlanılır. Elektrospinning kurulumu 3 temel parçadan meydana gelir.1-yüksek gerilim güç kaynağı, 2-şırınga pompası, 3-elektrikli iletken toplayıcı. Şırınga pompası, polimerik çözeltinin bir sabit ve ayarlanabilir besleme oranını elde etmek için önemli parçalardan biridir [24,35].

59 41 Şekil 3.8. Elektrospinning düzeneği ve mekanizması Bu teknikte, polimer uygun bir çözücüde çözülür veya ısı ile eritilir, şırınganın içine yerleştirilir. Daha sonra polimer çözeltisi/eriyiği ve şırınganın yakınındaki bir toplayıcı levha arasına 50 kv a kadar gerilim uygulanır. Toplayıcı levhada oluşan ağımsı yüzeyde çapları 30 nm den 1 mikronun üzerindeki değerlere kadar değişen lifler bulunmasına rağmen, bu işlem çapı 50 nanometre boyutunda nanoliflerin üretimine imkân verir [24]. Elektrospinning (elektro-üretim) yöntemi, yüksek elektrostatik alana maruz bırakılan polimer çözeltisinin benzer yükler ile yüklenerek ayrışma ve incelme gösterip, çok ince fibril yapılar oluşturması şeklinde özetlenebilir. Bu yöntemi en basit şekliyle anlatacak olursak; Bir polimer çözeltisi şırınga içine konur ve bu şırıngadan belirli bir mesafe uzağa da toplayıcı-metal bir plaka yerleştirilir. Yüksek gerilim sağlayacak güç kaynağının artı ucu şırınganın metal olan ucuna bağlanırken, toplayıcı plaka da topraklanır. Böylece şırınga ve toplayıcı plaka arasında yüksek bir elektrik alan elde edilmiş olur. Güç kaynağı tarafından sağlanan gerilim arttırıldıkça, yeterince yüksek bir değere ulaşan elektrik alan kuvvetleri çözelti üzerindeki visko-elastik ve yüzey gerilimi kuvvetlerini yener ve polimer molekülleri şırıngadan toplayıcıya doğru taşınır. Sonuç olarak toplayıcı plaka üzerinde nano boyutta çaplara sahip lifler oluşur.

60 42 Kaplamadan önce n-tipi GaAs alttaş, üzerindeki silisyum oksiti temizlemek için %1 hidroflorik asit ile yıkandı. Daha sonra 0,25 g Çinko asetat, molekül ağırlığı 72 olan 1 g PVA ve 9 ml deiyonize su ile karıştırıldı. Sonra 50 C de 2 saat karıştırıldıktan sonra PVA yoğun çözelti elde edildi. Peristaltik şırınga pompası kullanarak, öncü çözelti sabit akış hızı 0,02 ml/s de 0,9 mm iç çaplı metal iğne (10 ml) ile dağıtıldı. İğne, yüksek gerilim güç kaynağına bağlandı ve bir mengenede dikey yerleştirildi. Bir parça düz alüminyum yaprak, nanofiber parçacıklarını toplamak için iğnenin 15 cm altına yerleştirildi. n-tipi GaAs alttaş, alüminyum yaprak üzerine yerleştirildi. 20 kv yüksek voltajın üzerinde bir voltaj uygulayarak akışkan jet uçtan dışarı atıldı. Çözücü buharlaştı ve yüklü fiber, GaAs alttaş üzerine çökertildi. Fiziksel karakterizasyon teknikleri kullanılan malzemenin yapısını belirleyecek ve yapının yüzey homojenliğini ortaya koyacak yöntemlerle gerçekleştirilir. İnce film yüzey morfolojisi genellikle aygıtın performansını etkileyen elektriksel ve optiksel özelliklerinin belirlenmesi için önemlidir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) yüzey analizlerinde yaygın olarak kullanılan tekniklerdendir. Polimer solüsyonunun viskozite ve elektriksel iletkenlik gibi fiziksel ve kimyasal parametreleri ve polimer konsantrasyonu, elektro üretim ile elde edilmiş fiberlerin oluşumunu ve morfolojisini doğrudan etkiler [87]. SEM ölçümleri PVA' nın yüzey yapısı hakkında mikroskopik ölçüde bilgiler verir. PVA:Zn fiberlerin oluşumu ve morfolojisi JEOL JSM-6060LV SEM kullanılarak çeşitli boyutlarda incelendi ve Şekil 3.9 da verildi. Fiberlerin çapları IMAGEJ (Image Prossing and Analyzing in Java) dijital görüntü analiz programı kullanılarak analiz edildi. Şekil 3.9 dan görüldüğü gibi PVA:Zn solüsyonunun spinlenmesi geniş dağılımda fiber (lif) çaplarına sahip, üniform (düzgün) ve kesiksiz nanofiber oluşumları ortaya çıkarmıştır [88].

61 43 Şekil (Zn-katkılı) PVA nın SEM resimleri 3.4. Au/PVA/n-GaAs Schottky Engel Diyotların Hazırlanması Bu bölümde Au/polivinil alkol/n-gaas Schottky engel diyotlarının yapımı için gerekli olan malzeme, numune hazırlanması, temizlenmesi ve yapımı için gerekli bilgileri içermektedir. Bu çalışmada [100] doğrultusunda büyütülmüş iki yüzü parlatılmış n-gaas (:Si katkılı) yarıiletkeni kullanıldı. Numune yüzeyinin organik ve mekanik kirlerden arındırılması, birçok arayüzey durumunun azaltılması ve alınacak ölçümlerden elde edilecek sonuçların güvenilir olabilmesi için oldukça önemlidir. Satın alınan numunelerin ön yüzeyi satın alınan firma tarafından daha önceden gerekli mekanik ve kimyasal parlatılma yapıldığı için ayrıca bir mekanik veya kimyasal parlatmaya ihtiyaç görülmedi. Yarıiletken kristallerin kimyasal temizleme işlemi için literatürde de sık olarak kullanılan aşağıdaki yöntem seçildi.

62 44 Trikloretilende ultrasonik olarak 5 dakika yıkama. Asetonda ultrasonik olarak 5 dakika yıkama. Metanolda ultrasonik olarak 5 dakika yıkama. Deiyonize su ile iyice yıkama. H2SO4 : H2O2 : H2O (5:1:1) ile 1 dakika yıkama. Deiyonize su ile iyice yıkama. Azot gazı (N2) ile kurutma. Bu işlemlerden sonra omik kontağı oluşturmak için, kimyasal olarak temizlenen yarıiletken mat yüzeyi aşağı gelecek şekilde maske üzerine yerleştirildi. Omik kontakların oluşturulmasında Şekil 3.10 a benzer bir maske kullanıldı. Vakum sistemi ile elde edilen ~10-6 Torr basınç altında üzerinden akım geçirilen tungsten flaman yardımı ile oldukça saf altın (Au) (~99,999%) buharlaştırılarak GaAs yaprağın arka yüzeyine ~1500 Å Au tabaka oluşturuldu. Buharlaştırma ile elde edilen arka kontağın, GaAs yaprağın üzerine çöktürülmesi ile omik kontak elde edilmiş oldu [35]. Şekil Omik kontak oluşturmak için kullanılan maske Omik kontaktan sonra GaAs yaprağın ön yüzüne elektrospinning yöntemi kullanılarak PVA yalıtkan tabaka oluşturuldu. Oluşturulan yalıtkan tabakanın kalınlığı kapasitans-voltaj ölçümlerinde (Şekil 3.11) kuvvetli yüzey akümülasyon durumundan (C Cox) hesaplandı. Yalıtkan tabakanın kalınlığı 50 Å olarak hesaplandı.

63 45 Şekil Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için C-V eğrisi (500 khz frekansta) Üzeri PVA kaplanmış yüzey, üzeri çok sayıda 1 mm çaplı delikler açılmış olan Şekil 3.12 ye benzer bakır maske üzerine parlak yüzey aşağı gelecek şekilde yerleştirildi. Flaman üzerine konulan kimyasal olarak temizlenen altın (Au) metal parçası 10-6 Torr vakumda buharlaştırılarak, kristalin parlak yüzeyine küçük dairecikler (1 mm çaplı) şeklinde ve 1500 Å kalınlığında altın kaplanması sağlandı [35]. Böylece doğrultucu kontağın da oluşturulmasıyla Au/PVA/n-GaAs şeklinde MPS yapı elde edilmiş oldu. Soğuması için bir süre bekletilen kristal vakum ortamından çıkartılarak her bir dairecik (diyot) ortada kalacak şekilde, elmas kesici yardımıyla eşit dört parçaya bölündü. MPS yapının hazırlanış şeması Şekil 3.13 te verilmiştir.

64 46 Şekil Doğrultucu kontak oluşturmak için kullanılan maske Au doğrultucu kontaklar ~1500Å Polimer tabaka (PVA) ~50Å n-gaas ~350μm Au omik kontak ~1500Å Şekil Au/PVA/n-GaAs (MPS) yapının şematik gösterimi 3.5. Deneysel Ölçüm Sistemi Deneysel ölçüm sisteminin şematik görüntüsü Şekil 3.13 te verildi. Bu deney sisteminde kullanılan cihazlar aşağıdaki gibidir. Keithley 2400 akım-gerilim kaynağı Janis vpf-475 kriyostat Lake Shore model 321 Autotaning Temperature Controller

65 47 Keithley 2400 akım gerilim kaynağı Lake Shore 321 sıcaklık kontrol sistemi Janis vpf 475 kriyostat Bilgisayar (I V yazılımı) Şekil Deneysel ölçüm sisteminin şematik görünümü Keithley 2400 akım-gerilim kaynağı Sıcaklığa bağlı akım-voltaj ölçümlerini almak için Keithley 2400 akım-gerilim kaynağı kullanıldı. Resim 3.1 de görülen Keithley 2400 akım-gerilim ölçüm cihazı, hem akım kaynaklı gerilim ölçümü, hem de gerilim kaynaklı akım ölçümü yapabilmektedir. ±1 µv dan ±200 V a gerilim ölçümü ve ±10 pa den ±1 A e kadar akım ölçümü yapabilmektedir. ± % 0.15 hassasiyetle ölçüm yapabilen cihaz IEEE-488 arayüzey veri yoluna sahiptir.

66 48 Resim 3.1. Keithley 2400 akım-gerilim kaynağı Janis vpf-475 kriyostat ve Lake Shore model 321 sıcaklık kontrol sistemi Dış etkenlerin tüm ölçümler üzerindeki etkisini azaltmak için hazırlanan Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs Schottky engel diyotların I-V ölçümleri 4 optik pencereli bir Janis vpf-475 kriyostat içinde yaklaşık 10-2 mbar basınçta gerçekleştirildi. Bu kriyostat, Lake Shore model 321 sıcaklık kontrol sistemine sahip olup, 79 K ile 425 K sıcaklık aralığında ölçüm yapabilme özelliğine sahiptir. Resim 3.2. Janis vpf-475 kriyostat (solda) ve Lake Shore model 321 sıcaklık kontrol sistemi

67 49 4. DENEYSEL SONUÇLAR 4.1. Giriş Schottky engel diyotların sıcaklığa bağlı elektriksel karakteristikleri uzun zamandır teorik ve deneysel olarak araştırılmasına rağmen, bu tür aygıtların özellikle sıcaklığa bağlı akımiletim mekanizmaları henüz aydınlığa kavuşturulamamıştır. Çünkü elektriksel karakteristiklerin yalnız oda sıcaklığında veya dar bir sıcaklık aralığında analiz edilmesi, iletim süreci/mekanizmaları ve M/S arayüzeyinde oluşan potansiyel engelin biçimi ile ilgili detaylı bilgi vermez. Fakat geniş bir sıcaklık aralığında gerçekleştirilen bu ölçümler, numune için hangi iletim mekanizmalarının hangi sıcaklık ve voltaj aralığında birlikte veya tek başına geçerli olduğu hakkında bize önemli ölçüde bilgi sağlar. Bu çalışmada, çinko asetat [Zn(CH3COO)2.2H2O] katkılı polivinil alkol (PVA) arayüzey tabakalı Au/n-GaAs Schottky engel diyotun I-V karakteristikleri ± 3 V arasında 30 mv luk adımlarla geniş bir sıcaklık aralığında ( K) incelendi. Sıcaklığa bağlı I-V ölçümlerinden Io, Bo, n, Rs ve Nss gibi temel elektriksel parametreler hesaplandı. Bunun yanı sıra, engel homojensizliklerinin sıcaklığa bağımlılığı TED teorisinin temeline dayalı çift Gaussian dağılımı (DGD) ile değerlendirildi. M/S arayüzeyindeki engel homojensizlikleri nedeniyle TE teorisi kullanılarak elde edilen deneysel sonuçlarla teorik değerler arasındaki uyuşmazlıklar DGD modeline dayanarak açıklandı. Elde edilen deneysel sonuçlar mevcut literatür ile kıyaslamalı olarak incelendi. Ayrıca metal ile yarıiletken arasında büyütülen PVA tabakanın, seri direncin ve arayüzey durumlarının bu temel elektriksel parametreler üzerine etkisi araştırıldı Sıcaklığa Bağlı Akım-Voltaj (I-V) Karakteristikleri İdealite faktörünün 1 den büyük ve seri direncin (Rs) mevcut olması durumunda bir MS veya MIS/MPS tipi Schottky engel diyotları için akım-voltaj ilişkisi, V 3kT/q için, aşağıdaki şekilde verilir [6-8]. I I o qv s ( s) exp IR q V IR 1 exp nkt kt (4.1) Burada V diyot üzerine uygulanan gerilim, n idealite faktörü, k Boltzmann sabiti, T Kelvin

68 50 cinsinden sıcaklık ve IRs terimi ise diyotun seri direnci üzerine düşen voltajdır. Ancak düşük ve orta gerilim bölgelerinde IRs terimi diyota uygulanan voltaj yanında ihmal edilecek kadar küçüktür. Eş. 4.1 deki köşeli parantez önündeki Io terimi ise ters doyum akımı olup I o qφ AA * T 2 Bo exp kt (4.2) eşitliği ile verilir. Burada Bo metal ile yarıiletken arasında oluşan sıfır-beslem (ön-gerilim) potansiyel engel yüksekliği, A diyotun doğrultucu kontak alanı olup değeri A=7.85x10-3 cm ve A * etkin Richardson sabiti olup değeri n-tipi GaAs için 8.16 A/cm 2 K 2 dir [8,35]. Buna göre Eş. (4.2), Eş. (4.1) de yerine yazılırsa ve Rs etkisi ihmal edildiğinde Eş. 4.1 * qφ 2 Bo qvd I AA T exp exp 1 kt nkt (4.3) şeklinde yeniden yazılabilir. Orta ve yüksek sıcaklıklarda köşeli parantez içindeki 1 rakamı üstel ifade yanında ihmal edilebilir. Saf TE teorisine göre idealite faktörünün 1 olması beklenir. Ancak pratikte durum farklıdır. Yani n değeri özellikle düşük sıcaklıklarda 1 den birkaç kat fazla olabilir. İdealite faktörünün değeri, metal ile yarıiletken arasında oluşan bir yalıtkan veya polimer arayüzey tabaka ile potansiyel engel yüksekliğinin biçimi ve homojensizliği, yasak enerji aralığında lokalize olmuş arayüzey durumlarının yoğunluğu (Nss), Schottky engel alçalmasına ve numune sıcaklığına bağlıdır [8]. Eğer yapı, yarıiletkenin gövde direnci, yalıtkan arayüzey tabakası ve kontaklardan dolayı bir seri dirence sahip ise diyot üzerine düşen voltaj, V V D IR s (4.4) şeklinde olacaktır. Schottky diyotlarda ln(i)-v grafiği, genelde lineer bir doğru olması beklenir [55]. Ancak deneysel sonuçlar göstermiştir ki yüksek voltajlarda (V 1 V) ln(i)-v eğrisi özellikle seri direnç ve arayüzey tabakasından dolayı lineerlikten sapar. Yüksek gerilim bölgesinde grafiğin doğrusallıktan sapması veya çok dar bir bölgede lineerlik göstermesi elde edilen elektriksel parametrelerin doğruluğu ve güvenilirliğine gölge düşürür. Ancak bilindiği gibi yarıiletken aygıtların gerçek direnci mümkün olduğu kadar

69 ileri pozitif voltajlar için elde edilen değerdir. Bu yüzden diyotun seri direncinin bu bölgede hesaplanmasında fayda vardır. 51 Seçilen örnek Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs Schottky engel diyotun doğru ve ters öngerilimlerdeki yarı-logaritmik akım-voltaj (I-V) eğrileri farklı sıcaklıklar ( K) için elde edilerek Şekil 4.1 de verildi. Şekil 4.1 de görüldüğü gibi doğru öngerilim altında yarılogaritmik I-V eğrileri geniş bir bölgede lineer olmasına rağmen yeterince ileri voltajlarda seri direnç ve arayüzey tabakası etkisinden dolayı lineerlikten sapmaktadır. Metal-yarıiletken kontakta iletkenliği sağlayan yük taşıyıcıları (holler ve elektronlar) bir yönden diğer yöne (metalden yarıiletkene ya da yarıiletkenden metale doğru) daha kolay iletiliyorsa bu tür davranışa doğrultma denir. Yani, diyotun tam iletime geçtiği voltaj değerinde, doğru ön-gerilim altındaki akımın (IF), ters ön-gerilim altındaki akıma (IR) oranı doğrultma oranı (RR) olarak bilinir ve bu oran diyotun kalitesini önemli ölçüde belirler. Au/(Zn-katkılı)PVA/n-GaAs Schottky diyotun ± 2 V için sıcaklığa bağlı RR eğrisi Şekil 4.2 de verildi. Şekil 4.2 den görüldüğü gibi sıcaklığa bağlı olarak RR azalmaktadır. Schottky diyotlarda, doğru ön-gerilim lni-v eğrileri üç farklı bölgeye ayrılır. Bunlar sırasıyla düşük gerilim (V 0,1 V) bölgesi, orta gerilim (0,1 < V < 0,8 V) bölgesi ve yüksek gerilim (V>0,8 V) bölgesidir. Düşük gerilim bölgesinde kaçak akımlar etkin olup lineer bir davranış gözlenmez. Yukarıda belirtildiği gibi yüksek gerilim bölgesinde ise ln(i)-v eğrisinde Rs den dolayı bir bükülme meydana gelir. Orta gerilim bölgesinde ln(i)-v eğrisi genelde lineer bir davranış gösterdiği için, Eş. 4.1 ifadesinde her iki tarafın ln i alınırsa Eş. 4.5 te verilen bir doğru denklemi elde edilir. q ln( I) ln( I ) nkt o V D (4.5) Au/(Zn-katkılı)PVA/n-GaAs Schottky diyotun farklı sıcaklıklardaki doğru ve ters öngerilim yarı-logaritmik I-V eğrileri, Şekil 4.1 de görüldüğü gibi geniş bir voltaj aralığında lineer bir davranış sergilemektedir. Bu lineer bölgenin eğiminden (tan=q/nkt) diyotun idealite faktörü değerleri tüm sıcaklıklar için Eş. 4.6 eşitliğinden elde edilerek Çizelge 4.1 de verildi.

70 52 n q kt tan (4.6) Şekil 4.1. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için farklı sıcaklıklarda doğru ve ters ön gerilim I-V eğrileri

71 53 Şekil 4.2. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için sıcaklığa bağlı doğrultma oranı Çizelge 4.1. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için farklı sıcaklıklarda elde edilen Io, n,bo ve n.bo değerleri T (K) Iox10-7 (A) n Bo (ev) nbo (ev)

72 54 Io doyma akımı değerleri ise yine ln(i)-v grafiğinin lineer bölgesinin sıfır voltaja extrapole edilmesiyle elde elde edilerek Şekil 4.3.a ve Çizelge 4.1 de verildi. Şekil 4.3.a dan görüldüğü gibi artan sıcaklığa bağlı olarak Io değerleri artmaktadır. Ayrıca ln(io) ın sıcaklığa bağlı değişimi Şekil 4.3.b de verildi. Şekil 4.3.b den görüldüğü gibi ln(io) sıcaklıkla lineer bir şekilde artmaktadır. ln(io)-t grafiğindeki bu lineer davranış FE veya TFE nin bir göstergesidir. Elde edilen Io değerleri ile diyotun doğrultucu kontak alanı (A) ve etkin Richardson sabiti (A * ) değerleri kullanılarak sıfır-beslem potansiyel engel yüksekliği (Bo) değerleri Eş. 4.7 den elde edilerek Çizelge 4.1 de verildi. Bo kt q * AA T ln Io 2 (4.7) Şekil 4.3. Au/(Zn-katkılı)PVA/n-GaAs SBD sıcaklığa bağlı (a) Io ve (b) ln(io) eğrileri

73 55 Şekil 4.3. (devam) Au/(Zn-katkılı)PVA/n-GaAs SBD sıcaklığa bağlı (a) Io ve (b) ln(io) eğrileri Farklı sıcaklıklar için elde edilen deneysel n ve Bo değerleri sırasıyla Çizelge 4.1 ile Şekil 4.4 te gösterildi. n ve Bo değerleri sırasıyla 350 K için ve ev; 80 K için ve ev bulundu. Şekil 4.4 ten görüldüğü gibi artan sıcaklıkla n değerleri azalırken, Bo değerleri artmaktadır. Hem idealite faktöründeki hem de engel yüksekliğindeki böyle bir davranış klasik TE teorisinden sapma olduğunun bir göstergesidir. M/S arayüzeyindeki engel üzerinde geçen akım iletimi sıcaklık etkin bir süreç olduğu için, düşük sıcaklıklarda taşıyıcılar daha düşük engelleri aşabilecek ve dolayısıyla akım iletimi daha düşük Schottky engel yüksekliklerinin lokal bölgelerinden (patches) akan akım tarafından baskın olacaktır. Bu durum idealite faktörünün artmasına sebep olur. Sıcaklık arttıkça çok daha fazla sayıda elektron, daha yüksek engelleri aşmak için yeterli termal enerjiye sahip olur ve etkin engel yüksekliği sıcaklıkla ve uygulanan gerilimle artar. Aynı zamanda düşük sıcaklıklarda ve voltajlarda, ilave akıma yol açan yeniden birleşme oluşumu gözlenememektedir ve bunun nedeni düşük sıcaklıklarda elektronların lokalize olmuş durumlardan birinden diğerine geçmesi için yeteri kadar enerjiye sahip olamamasıdır [17,70,89-92].

74 56 Şekil 4.4. Au/(Zn-katkılı)PVA/n-GaAs SBD n vebo nin sıcaklığa bağlı değişimi Schottky engel diyotların elektriksel karakteristiklerini ve idealizesini etkileyen en önemli parametrelerden biri de yapının seri direnci ve kısa devre (şönt) direncidir. İdeal bir SBD için seri direncin değeri sıfıra giderken (Rs 0) şönt direnç sonsuza doğru gitmelidir (Rsh ). Au/(Zn-katkılı)PVA/n-GaAs yapının seri direnci (Rs) ve şönt direnci doğru ve ters ön ön-gerilim I-V karakteristiklerinden Ohm yasası (Ri=dVi/dIi) kullanılarak hesaplanabilir. Yüksek pozitif ön-gerilimler için elde edilen Ri değerleri diyotun seri direncine (Rs) karşılık gelirken, yüksek negatif ön-gerilimler için elde edilen Ri değerleri ise diyotun şönt direncine (Rsh) karşılık gelmektedir. Farklı sıcaklıklar için elde edilen Ri-V eğrileri Şekil 4.5 verildi. Şekilden görüldüğü gibi Ri değerleri hem voltaja hem de sıcaklığa bağlı olarak oldukça değişmektedir. Şekil 4.4 ten görüldüğü gibi artan sıcaklıkla Rs değerlerinin azaldığı görülmektedir. Şönt direncinin büyük değerleri düşük sıcaklık bölgesine karşılık gelmektedir ve 80 K de düşük sızıntı akımından dolayı Rsh en yüksek değeri almaktadır. Bu sonuç diyotun doğrultma oranını da özellikle düşük sıcaklıklarda oldukça artırmaktadır.

75 57 Şekil 4.5. Au/PVA (Zn-katkılı)/n-GaAs SBD için farklı sıcaklıklarda Ri-V eğrileri Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için sıcaklığa bağlı Rs değerleri Cheung fonksiyonları kullanılarak Eş. 4.8.a ve Eş. 4.8.b yardımı ile hesaplandı [93]. Cheung metoduna göre, seri direnç doğru ön-gerilim I-V eğrilerinin tam bükülmeye başladığı ileri pozitif ön-gerilimlerde etkilidir. dv kt n RsI d ln( I ) q (4.8.a) H ( I) kt I V n ln * q AA T 2 n B RsI (4.8.b) Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için geniş bir sıcaklık aralığında dv/dln(i)-i ve H(I)-I eğrileri sırasıyla Şekil 4.6.a ve Şekil 4.6.b de verildi. Şekil 4.6.a ve b den görüldüğü gibi hem dv/dln(i)-i hem de H(I)-I eğrileri tüm sıcaklıklar için lineer bir doğru vermektedir ve bu doğruların eğiminden elde edilen Rs değerleri Çizelge 4.2 de verilmiştir. Çizelge 4.2

76 58 den görüldüğü gibi artan sıcaklıkla seri direnç değerleri azalmaktadır. Ohm yasası ve Cheung metodu kullanılarak elde edilen Rs değerlerinin birbirleriyle uyum içerisinde olduğu görüldü. Şekil 4.6. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için farklı sıcaklıklarda (a) dv/dln(i)-i ve (b) H(I)-I eğrileri

77 Şekil 4.6. (devam) Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için farklı sıcaklıklarda (a) dv/dln(i)-i ve (b) H(I)-I eğrileri 59

78 60 Çizelge 4.2. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için farklı sıcaklıklarda dv/dln(i)-i ve H(I)- I eğrileri kullanılarak elde edilen Rs değerleri Sıcaklık (K) Rs (dv/dln(i)) () Rs (H(I)) () İdealite faktörü değeri arayüzey durumlarının yoğunluğu ve arayüzey tabakanın kalınlığı ile değişimi Eş. 4.9 ile verilir [7-9,55,93]. n 1 s ( qn i WD 2 1 q N i sa sb ) (4.9) Burada Nsa ve Nsb sırasıyla metalle ve yarıiletkenle dengedeki arayüzey durum yoğunluklarıdır ve s, i yarıiletken ve arayüzey yalıtkan tabakanın dielektrik sabitleridir. WD ise tüketim tabakasının genişliği olup deneysel C-V ölçümlerinden (Şekil 3.11) yüksek frekansta elde edilir. Eğer arayüzey tabakanın kalınlığı 30 Å dan küçük ise arayüzey durumları metal ile dengede ve büyük ise yarıiletkenle dengede olurlar. Bu çalışmada hazırlanan Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs Schottky engel diyotlarda arayüzey tabakasının (PVA) kalınlığı 50 Å olduğu için arayüzey durumları yarıiletkenle dengede olduğunu söyleyebiliriz. Yani tuzaklardaki yükler metalden çok yarıiletken ile yük alış verişi yaparlar. İdealite faktörü ve engel yüksekliğinin voltaj ile değiştiği için etkin engel yüksekliği e aşağıdaki gibi ifade edilebilir [24,25,55].

79 61 V IR 1 V IR e Bo s Bo n( V) 1 s (4.10) Engel yüksekliğinin uygulanan potansiyele bağımlılığı göz önüne alınarak, burada β, engel yüksekliğinin voltaj ile değişim katsayısıdır. Arayüzey durum yoğunluğunun (Nss) dağılım profili, doğru ön-gerilim I-V ölçümlerinden enerjinin (Ec-Ess) bir fonksiyonu olarak e nin gerilime bağlı değeri dikkate alınarak elde edilebilir. Eş. 4.9 dan görüldüğü gibi, idealite faktörünün birden büyük olması, arayüzey tabakasının kalınlığı ve arayüzey durumlarının (Nss) büyüklüğüne bağlıdır. Voltaja bağlı idealite faktörü, Eş. 4.9 a benzer şekilde voltaja bağlı Nss değerlerin bir fonksiyonu olarak yeniden Eş deki gibi yazılabilir [24,25,55]. s n( V ) 1 qn ss ( V ) i WD (4.11) Eş den, voltaja bağlı arayüzey durumlarının yoğunluğu ise N ss 1 i ( V ) q s n( V ) 1 W D (4.12) eşitliğinden elde edilebilir. Arayüzey durumlarının enerjisi n-tipi yarıiletkenler için Ess ve yarıiletken yüzeyinin iletkenlik bandının alt kenarı arasındaki enerji farkı [24,55,94] E E c ss q( V) e (4.13) şeklinde verilir. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs Schottky engel diyotun arayüzey durum yoğunluğunun (Nss) dağılım profili doğru ön-gerilim I-V ölçümlerinden enerjinin (Ec-Ess) bir fonksiyonu olarak, engel yüksekliğinin (e) gerilime bağlı olduğu dikkate alınarak tüm sıcaklıklar için elde edilerek Şekil 4.7 de verildi. Ayrıca diyotun seri direnç değeri dikkate alınarak Nss dağılım profili de elde edilerek dört farklı sıcaklık için Şekil 4.8 de verildi. Şekil 4.7 de görüldüğü gibi tüm sıcaklıklar için Nss değerleri iletim bandının alt kenarından yasak enerji aralığının ortasına doğru azalmakta ve bir minimumdan geçerek yaklaşık U şeklinde bir davranış göstermektedir. Bu davranış arayüzey durumlarını genelde verici

80 62 (donor) tipi olduğunu göstermekte ve yasak enerji aralığının ortasından sonra ise alıcı (acceptor) tipi arayüzey durumlarının katkısı etkin olmaktadır. Şekil 4.8 de görüldüğü gibi, seri direnç değeri dikkate alınarak elde edilen arayüzey durumlarının yoğunluğu alınmadığı durumda özellikle iletkenlik bandına yakın bölgelerde yaklaşık bir mertebe azalmaktadır. Bu sonuç, arayüzey durumlarının hesaplanmasında seri direncinin etkisinin dikkate alınması gerektiğini göstermektedir. Şekil 4.7. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için farklı sıcaklıklarda Nss-(Ec-Ess) eğrileri

81 Şekil 4.8. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için Ec-Ess nin fonksiyonu olarak çeşitli sıcaklıklarda arayüzey durumlarının (Nss) dağılım profili 63

82 64 Şekil 4.9 dan görüldüğü gibi, n sıcaklığın tersiyle hemen hemen lineer olarak değişir ve aşağıdaki gibi ifade edilebilir. T n ( T ) o n o T (4.14) Burada no ve To birer sabittir ve sırasıyla -0,1965 ve 1043 K dir. Şekil 4.9 da doğru beslem orta bölgede eğrilerin birbirlerine paralel olmasından dolayı, elde edilen n değerleri sıcaklıkla değişmektedir. Bu durum arayüzey durumlarının uzaysal dağılımına veya arayüzey durumları ya da dislokasyonlar yoluyla tünelleme olayına atfedilebilir. İdealite faktörünün sıcaklığın tersi ile lineer artması (şekil 4.9) To etkisi veya To anomally olarak bilinir. Bu etki engel homojensizliğine veya yeniden birleşme ve tünelleme olaylarına atfedilebilir. Şekil 4.9. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için n-1000/t eğrisi

83 65 Şimdiye kadar engel yüksekliği homojensizliklerini açıklamak için birçok metot kullanılmıştır. GD fonksiyonu özellikle düşük sıcaklıklarda Schottky engel diyotların anormal özelliklerini açıklamada en çok tercih edilen ve geçerliliği yüksek olan metottur. Engel yüksekliğinin hesabı için ters doyum akım genel aktivasyon enerji eğrisi kullanılabilir ve Eş. (4.2) tekrar aşağıdaki gibi yazılabilir: Io ln( ) ln AA 2 T * q kt Bo (4.15) Genel aktivasyon enerjisi veya Richardson eğrisi olarak ifade edilen ln(io/t 2 )-1000/T eğrisi Şekil 4.10 da verildi. Şekil 4.10 da görüldüğü gibi sıcaklığa bağlı ln(io/t 2 )-1000/T eğrisi K ve K olmak üzere ayrı iki sıcaklık bölgesinde lineerdir. Şekil Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için Richardson ln(io/t 2 )-1000/T grafiği

84 66 İki bölgedeki deneysel verilerin fit edilmesi sonucunda, aktivasyon enerjisi (Ea) ve Richardson sabiti (A * ) değerleri lineer bölgelerin eğimlerinden ve y-eksenini kestiği noktalardan sırasıyla ilk bölge ( K) için; ev ve 2.1x10-8 A/cm 2 K 2, ikinci bölge için ( K); ev ve 8.19x10-9 A/cm 2 K 2 olarak elde edildi. Hesaplanan Richardson sabiti değerleri n tipi GaAs için bilinen teorik Richardson sabiti değerinden 8.16 A/cm 2 K 2 oldukça küçüktür. Değerlerdeki bu uyuşmazlığın, düşük ve yüksek engel bölgelerinden oluşan arayüzeydeki potansiyel dalgalanmalardan ve engel yüksekliğinin uzaysal homojensizliğinin bir sonucu olması mümkündür [95-99]. Başka bir anlamda, diyottan geçen akım, potansiyel dağılımlardaki düşük engellerden akmayı tercih edecek ve bu da düşük sıcaklıklarda idealite faktörünün artışına sebep olacaktır. Klasik TE teorisinden gözlenen sapmayı açıklamak amacıyla, Tung ve meslektaşları [70,71,91] daha yüksek arka planlı düzgün engele yerleşen daha düşük engelin küçük lokal bölgelerinden (patch) veya ayrı bölgelerin bir sistemini ele aldı. Sullivan ve arkadaşları [71], tüketim bölgesinin kalınlığından çok daha küçük bir ölçüde bile engel yüksekliğinde değişim meydana gelebileceği için, bu lokal bölgeler arasındaki etkileşim yüksek engelli bölgeler tarafından çevrilen düşük engelli bölgelerin iletim yolunda pinch-off lara (kısılma) yol açabileceğini rapor ettiler. Bu anlamda, diyottan geçen akım engel yüksekliği homojensizliklerinden önemli derecede etkilenebilir ve sonuçta düşük engel yüksekli yoldan akan akım MS arayüzeyindeki yerleşik engel yüksekliklerine değil onun önündeki saddle point in (büküm noktasının) yüksekliğine bağlıdır. Tung un [70] pinch-off (kısılma) yaklaşımına göre çeşitli sıcaklıklarda idealite faktörü n ve sıfır beslem engel yüksekliği Bo arasında lineer bir ilişki olması gerekir. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs Schottky engel diyodu için (Bo-n) grafiği çizildi ve Şekil 4.11 de verildi. Şekil 4.11 den görüldüğü gibi lateral engel yüksekliklerinin homojensizlikleriyle açıklanabilen iki farklı lineer bölge mevcuttur [70,91,100,101]. Au/PVA (Zn-katkılı)/n- GaAs Schottky engel diyodu için, birinci ( K) ve ikinci bölgede ( K), Bo-n eğrisinin n=1 e ekstrapolasyonu ile homojen engel yüksekliği değerleri sırasıyla 0.80 ev ve 0.44 ev bulunmuştur. İki ayrı bölge için elde edilen değerler kıyaslandığında, birinci bölgeden elde edilen homojen engel yüksekliği GaAs ın yasak enerji aralığına daha yakındır. Bu davranış bize akım iletiminin farklı sıcaklık bölgelerinde farklı mekanizmalar tarafından kontrol edildiğini gösterir.

85 67 Şekil Au/PVA (Zn-katkılı)/n-GaAs SBD için çeşitli sıcaklıklarda Bo-n grafiği MS kontaklarda TE teorisinden başka azınlık taşıyıcıların enjeksiyonu, tekrardan oluşum ve tekrardan birleşim akımları gibi toplam akıma etki eden mekanizmalardan birisi de tünelleme akımlarıdır. Schottky engelinde oluşan kuantum-mekaniksel tünelleme olayı gerilime bağlılık göstermektedir. Böylece tünelleme akımını I I ve n tun tun qv ( IR s exp 1 Eo Eoo Eoo coth kt kt Eo kt (4.16) (4.17) burada Eoo tünelleme ile ilgili parametredir ve şu şekilde ifade edilir. E oo h N D * 4 me s 1/ 2 (4.18)

86 68 Böylece, Eoo ın oda sıcaklığındaki değeri mev olarak bulundu. Sıcaklığa karşı Eoo/kT değişimlerinden kontak yapıya hakim olabilen taşıyıcı mekanizması belirlenebilir. Şekil 4.12 de K sıcaklık aralığında Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için Eo-kT/q eğrisi verildi. Şekil 4.12 den görüldüğü gibi, Eo değeri 87 mev olarak elde edildi ve bu değer Eoo a eşittir. Eoo=87 mev değeri, 1.926x10 19 cm -3 katkı konsantrasyonuna karşılık gelmektedir. Deneysel olarak elde edilen Eoo (=87 mev) değeri teorik değerden (28.04 mev) daha büyüktür eşitliği voltaja bağlı potansiyel engel yüksekliği sabiti olan, dikkate alınarak şu şekilde yazılabilir [7,8,67,68]; n tun Eo kt ( 1 ) (4.19) burada =dbo/dv dır. Şekil 4.13 teki eğriler Eş kullanılarak elde edildi (=0 olarak alındı). Şekil 4.13 ten görüldüğü gibi, sıcaklığa bağlı deneysel n değerlerinin hesaplanan Eoo= 87 mev da ki eğri ile uyum içerisinde olduğu görüldü. Şekil Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için çeşitli sıcaklıklarda n(kt/q)-kt/q grafiği

87 69 Şekil Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için ntun-t grafiği Sabit diyot bölgesinde Gaussian fonksiyonu Eş. 4.1 e uygulandığında, engel yüksekliğinin dağılımı aşağıdaki eşitlikler ile daha doğru ifade edilebilir: ap Bo T 0 2 q o 2kT (4.20) 1 q3 1 2 n ap 2kT (4.21) Burada Bo ve n terimleri görünen engel yüksekliği (ap) ve idealite faktörü nap ile değişmektedir. Aynı zamanda ρ2 and ρ3 terimleri engel yüksekliği dağılımlarında voltaj deformasyonunu ölçen katsayılardır. Eş ye göre ap-q/2kt eğrisi kesme noktası gerçek sıfır beslem engel yüksekliğine eşit olan düz bir doğruya sahip olmalı ve eğimi de, engel homojensizliğinin bir ölçüsü olan standart sapma (σo) değerini vermelidir.

88 70 Deneysel ap-q/2kt and (nap -1-1)-q/2kT grafikleri Çizelge 4.1 kullanılarak elde edildi ve Şekil 4.14 ve 4.15 te verildi. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD nun farklı sıcaklıklarda Φ ve σo değerlerini belirlemek için Şekil 4.14 te görülen iki ayrı düz doğru fit edilebilir. Düz doğruların kesme noktaları ve eğimlerinden Φ ve σo değerleri sırasıyla, ilk bölge için ( K); 0.92 ev ve 0.14 V, ikinci bölge ( K) için 0.43 ev ve 0.06 V bulundu. Bu sonuçlar çalışılan kontak bölgesinde engel yüksekliğinin çift Gaussian dağılımının (DGD) meydana geldiğini ifade eder. Diğer taraftan, Şekil 4.15 te görüldüğü gibi (nap -1-1)-q/2kT grafiği de diyot bölgesinde DGD ın varlığını doğrulayan iki ayrı bölgeye sahiptir. ρ2 ve ρ2 değerleri sırasıyla, ilk bölge için; V ve 0.45 V, ikinci bölge için; V ve 0.76 V olarak bulundu. Bu sonuçlardan, daha küçük ρ2 ve daha büyük ρ3 voltaj deformasyon katsayılarıyla birinci bölgenin dağılımının ikinci bölgeye göre daha geniş ve daha büyük engel yüksekliğine sahip olduğu sonucu çıkarabiliriz. Şekil Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için engel yüksekliğinin GD na göre ap-q/2kt grafiği

89 71 Şekil Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için engel yüksekliğinin GD na göre (nap -1-1)-q/2kT grafiği Geleneksel Richardson eğrisi Eş. 4.2 ve Eş birleştirilerek aşağıdaki gibi değiştirilebilir: I ln( T o q o * q ) ( ) ln( AA ) 2 2 2k T kt Bo (4.22) Eş ye göre Şekil 4.16 da verilen modifiye edilmiş Richardson (ln(io/t 2 )- (qσo) 2 /2(kT) 2 )-q/kt grafiği yine iki ayrı lineer bölgeye sahiptir. Bu bölgelerin eğimi direk ortalama engel yüksekliğini Φ verirken, ordinat eksenini kesme noktasından ln(aa * ) değerini ve dolayısıyla sabit diyot alanı için Richardson sabitini A * hesaplamış oluruz. İki bölgedeki lineer çizgilerin fit edilmesi sonucu Φ ve A * değerleri sırasıyla birinci bölge için ( K); 0.91 ev ve 8.14 A/cm 2 K 2, ikinci bölge için ( K) 0.39 ev ve 2.00 A/cm 2 K 2 olarak hesaplandı. Özellikle ilk bölge ( K) için hesaplanan 8.14 A/cm 2 K 2 Richardson sabiti değeri, n tipi GaAs için bilinen teorik Richardson sabiti değerine (8.16 A/cm 2 K 2 ) çok yakındır. Bu sonuçlar bize sıcaklığa bağlı doğru ön gerilim I-V

90 72 karakteristiklerinin TE teorisinin temeline dayanarak engel yüksekliklerinin Gaussian dağılımıyla başarılı bir şekilde açıklanacağını ortaya koymuştur. Şekil Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs SBD için engel yüksekliğinin GD na göre düzeltilmiş Richardson (ln(io/t 2 )-(qσo) 2 /2(kT) 2 )-q/kt grafiği

91 73 4. SONUÇLAR Bu çalışmada, hazırlanan çok sayıdaki Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs Schottky engel diyotların elektriksel karakteristikleri akım-voltaj (I-V) ölçüm metodu kullanılarak geniş bir sıcaklık ve voltaj aralığında incelendi. Hazırlanan Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs Schottky engel diyotlar birbirine çok benzer davranış gösterdiği için içlerinden seçilen bir örneğe ait grafik ve sonuçlar verildi. I-V ölçümleri, K sıcaklık ve ± 3 V voltaj aralığında 30 mv luk bir dış ac uyarma sinyali altında gerçekleştirildi. Doğru ve ters ön-gerilim I-V ölçümlerinden diyotun doyma akımı Io, metal ile yarıiletken arasında oluşan sıfır-beslem potansiyel engel yüksekliği Bo, idealite faktörü n, seri ve kısa devre dirençleri (Rs ve Rsh) sıcaklığa bağlı elde edildi. PVA/GaAs arayüzeyinde ve yasak enerji aralığında lokalize olmuş arayüzey durumlarının Nss enerjiye göre dağılım profilleri de voltaja bağlı etkin potansiyel engel yüksekliği e dikkate alınarak tüm sıcaklıklar için elde edildi. Özellikle metal ile yarıiletken arasında büyütülen PVA tabakası, seri direncin ve arayüzey durumlarının bu temel elektriksel parametreler üzerine etkisi sıcaklığa bağlı olarak incelendi. Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs Schottky engel diyotun farklı sıcaklıklardaki doğru ve ters öngerilimlerdeki yarı-logaritmik akım-voltaj (I-V) eğrileri geniş bir bölgede lineer olmasına rağmen yeterince ileri voltajlarda seri direnç ve arayüzey tabakası etkisinden dolayı lineerlikten sapmaktadır. Doğru ön-gerilim altındaki lni-v eğrileri; düşük (V 0,1 V), orta (0,1 V 0,8 V) ve yüksek (V 0,8 V) gerilim bölgesi olarak üç kısma ayrılabilir. Düşük gerilim bölgesinde kaçak akımları etkindir. Orta gerilim bölgesinde lni-v eğrileri lineer olup seri direncin etkisi yok denilecek kadar azdır. Yüksek gerilim bölgesinde ise lni-v eğrileri seri direnç etkisinden dolayı lineerlikten sapmaktadır. lni-v eğrilerinin bu davranışı, Rs etkisinin düşük ve orta gerilim bölgelerinde ihmal edilebileceği ancak ileri ön-gerilim voltajları için ise Rs etkisinin mutlaka dikkate alınması gerektiğini göstermektedir. Diyotun performansını etkileyen önemli parametrelerden başında seri direnç ve kısa devre direnci gelmektedir. Bu nedenle, diyotun voltaja bağlı direnci (Ri), tüm voltaj bölgesi için Ohm yasası kullanılarak elde edildi ve yeteri büyüklükteki pozitif voltaja (3 V) karşılık gelen direncin diyotun seri direncine (Rs) ve yeteri büyüklükteki negatif voltaja (-3 V) karşılık gelen direncin ise diyotun kısa devre direncine (Rsh) karşılık gelmektedir. Rs değerleri ileri

92 74 pozitif ön-gerilimler için Cheung fonksiyonları [93] kullanılarak da elde edildi ve aynı voltaj bölgesinde her iki yöntemle elde edilen sonuçların iyi bir uyum içinde olduğu gözlendi. Tüm sıcaklıklar için orta gerilim bölgesinde lni-v eğrilerinden elde edilen n ve Bo değerleri elde edildi. Artan sıcaklıkla n değerlerinin azalması, Bo değerlerinin ise artması klasik TE teorisinden sapma olduğunun bir göstergesidir. İdealite faktörünün artan sıcaklıkla azalması, taşıyıcıların M/S arayüzeyindeki daha düşük engelleri aşabileceği ve dolayısıyla akım iletimi daha düşük Schottky engel yüksekliklerinin lokal bölgelerinden (patches) akan akım tarafından baskın olacağına atfedilir. Ayrıca düşük sıcaklıklarda elektronların lokalize olmuş durumlardan birinden diğerine geçmesi için yeteri kadar enerjiye sahip olamamasından dolayı ilave akıma yol açan yeniden birleşme oluşumunun gözlenememesine yol açar. Sıcaklık arttıkça çok daha fazla sayıda elektron, daha yüksek engelleri aşmak için yeterli termal enerjiye sahip olur ve etkin engel yüksekliği sıcaklıkla ve uygulanan gerilimle artar. Arayüzey durumlarının (Nss) dağılım profili doğru ön gerilim I-V ölçümlerinden enerjinin (Ec- Ess) bir fonksiyonu olarak, potansiyel engel yüksekliğinin (Φe) gerilime bağlı olduğu dikkate alınarak tüm sıcaklıklar için elde edildi. Arayüzey durumlarının yoğunluğu tüm sıcaklıklarda iletim bandının alt kenarından yasak enerji aralığının ortasına doğru azalmakta ve daha sonra ise artmaya başlayarak bir minimumdan geçmektedir. Bu davranış arayüzey durumlarının farklı voltaj altındaki davranışlarının farklı olduğunu göstermektedir. Ayrıca diyotun seri direnç değeri dikkate alınarak 80 K, 170 K, 260 K ve 350 K sıcaklıkları için Nss dağılım profili elde edildi. Seri direnç değeri dikkate alınarak elde edilen arayüzey durumlarının yoğunluğu alınmadığı durumda özellikle iletkenlik bandına yakın bölgelerde yaklaşık bir mertebe azaldığı ve bu sonucun arayüzey durumlarının hesaplanmasında seri direncinin etkisinin dikkate alınması gerektiğini göstermektedir. İdealite faktörünün sıcaklığın tersiyle hemen hemen lineer olarak değiştiği görüldü. n nin sıcaklığın tersi ile lineer artması To etkisi olarak bilinir. Bu etki engel homojensizliğine veya yeniden birleşme ve tünelleme olaylarına atfedilebilir. Artan sıcaklıkla idealite faktöründeki azalış ve engel yüksekliğindeki artış anormal bir durumdur ve klasik TE teorisinden sapmaktadır. Bo daki bu davranış engel yüksekliğinin veya GaAs yasak enerji aralığının bildirilen negatif sıcaklık katsayısıyla uyuşmamaktadır.

93 75 Düşük sıcaklıklarda Richardson eğrilerinde (ln(io/t 2 )-q/kt) sapma görüldü. Bu sapma düşük ve yüksek engelli bölgelere sahip olan arayüzeydeki potansiyel dalgalanmalarıyla ve homojen olmayan engel yükseklikleri ile açıklanabilir [17,70,91,92]. Düşük sıcaklık bölgesinde ikinci bir Gauss dağılımının ortaya çıkması, muhtemelen belirli bir sıcaklıktan aşağıda soğumadan kaynaklanan bazı faz değişimlerine atfedilir [92]. Diğer taraftan Richardson eğrisinden elde edilen Richardson sabiti (A * ) değerleri n tipi GaAs için bilinen teorik Richardson sabiti değerinden 8.16 A/cm 2 K 2 oldukça küçüktür. Horvath [99] sıcaklığa bağlı I-V karakteristiklerinden elde edilen A * değerinin engellerin yanal homojensizliğinden etkilenebileceğini ve bilinen teorik değerden farklı olmasını hesaplanandan farklı olan gerçek etkin kütle değeri ile ilgili olabileceğini rapor etmiştir. Chand ve Kumar [102] metal/yarıiletken kontaklarda çift Gaussian varlığını kendi aralarındaki homojensizliklerin doğasına atfederek açıklamıştır. Aynı şekilde Vanalme ve arkadaşları [103] Au/n-GaAs Schottky diyotlarda çift Gaussian dağılımını Ballistic electron emission microscopy (BEEM) ile deneysel olarak göstermişlerdir. Bu değişimler GaAs yüzeyindeki kimyasal davranışa atfedilmiştir. Bunlar arayüzey bileşim veya fazdaki çeşitlilikler, arayüzey kalitesi, elektriksel yükler, stokiyometrik olmama (nonstoichiometry) gibi etkenleri içerebilir. Bu homojensizlikler Schottky diyotların I-V karakteristiklerini özellikle düşük sıcaklıklarda etkiler. Sonuçta çok düşük sıcaklıklarda I-V ölçümleri kontak bölgesinde var olan engel homojensizliklerinin doğasını ortaya çıkarabilir. Çok düşük sıcaklıklarda ikinci Gaussian dağılımının ortaya çıkışının belli bir sıcaklık altında soğutma üzerinde bazı faz değişikliklerinin yer alması nedeniyle olması mümkündür. Bunun yanı sıra, her düz doğru ile verilen sıcaklık aralığı, uyan dağılımın veya mekanizmanın etkin olduğu bölgeyi işaret eder. Düşük sıcaklıklara gidildikçe Richardson eğrilerindeki lineerlikten uzaklaşma ve farklılıkların sebebini daha iyi açıklayabilmek için Gauss dağılımlı engel yüksekliği modeli temelinde modifiye edilmiş Richardson eğrisi (ln(io/t 2 )-(qσo) 2 /2(kT) 2 )-q/kt) elde edildi. İki bölgedeki lineer çizgilerin fit edilmesi sonucu Φ ve A * değerleri bulundu. Özellikle ilk bölge ( K) için hesaplanan 8.14 A/cm 2 K 2 Richardson sabiti değeri, n tipi GaAs için bilinen teorik Richardson sabiti değerine (8.16 A/cm 2 K 2 ) çok yakındır. Bu sonuçlar bize sıcaklığa bağlı doğru ön gerilim I-V karakteristiklerinin TE teorisinin temeline dayanarak engel yüksekliklerinin Gaussian dağılımıyla başarılı bir şekilde açıklanacağını ortaya koymuştur.

94 76 Sonuç olarak, hazırlanan Au/(Zn-katkılı) PVA/n-GaAs Schottky engel diyotlarının temel elektriksel parametrelerinin oldukça sıcaklığa bağlı olduğu ve metal ile yarıiletken arasındaki polimer arayüzey tabaka, seri direnç ve arayüzey durumlarından önemli ölçüde etkilendiği gözlendi. Bu nedenle, tüm hesaplamalarda özellikle Rs, arayüzey tabakanın kalınlığı ve arayüzey durumlarının etkisi dikkate alınmalıdır. Bu yapılmadığı takdirde, elde edilen sonuçların doğruluğu ve güvenilirliği tartışılır.

95 77 KAYNAKLAR 1. Braun, F. (1874). Über die Stromleitung durch Schwefelmetalle. Annual Review of Physical Chemistry, 153, Schottky, W., Strömer, R., and Waibel, F. (1931). Hochfrequenztechnik, 37, Schottky, W. (1938). Halbleitertheorie der Sperrschicht. Naturwissenschaften, 26, Mott, N.F. (1938). Note on the contact between a metal and an insulator or semiconductor. Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, 34, Bethe, H.A. (1942). Theory of the boundary layer of crystal rectifiers. MIT Radiation Laboratory, Report, Sharma, B.L. (1984). Metal-Semiconductor Schottky Barrier Junctions and Their Applications. New York: Plenum Press, Rhoderick, E.H., and Williams R.H. (1988). Metal Semiconductor Contacts. Oxford: Oxford Press, Sze, S.M., and K. Ng Kwok. (2007). Physics of Semiconductor Devices (3 rd ed.). New Jersey: John Wiley & Sons, Neamen, D.A. (1997). Semiconductor Physics and Devices (2 nd ed.). New York: Mc Graw-Hill, , Özdemir, S., and Altındal, Ş. (1994). Temperature dependent electrical characteristics of Al/SiOx/p-Si solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells, 32, Bengi, A., Aydemir, U., Altındal, Ş., Özen, Y., and Özçelik, S. (2010). A comparative study on the electrical characteristics of Au/n-Si structures with anatase and rutile phase TiO2 interfacial insulator layer. Journal of Alloys and Compounds, 505, Pakma, O., Serin, N., Serin, T., and Altındal, Ş. (2011). On the energy distribution profile of interface states obtained by taking into account of series resistance in Al/TiO2/p-Si (MIS) structures. Physica B, 406, Durmuş, P., Yıldırım, M., and Altındal, Ş. (2013). Controlling the electrical characteristics of Al/p-Si structures through Bi4Ti3O12 interfacial layer. Current Applied Physics, 13, Uslu, H., Altındal, Ş., Polat, İ., Bayrak, H., and Bacaksız, E. (2011). On the mechanism of current-transport in SnO2/CdS/Cu structures. Journal of Alloys and Compounds, 509, Taşçıoğlu, İ., Altındal, Ş., Polat, İ., and Bacaksız, E. (2013). The effect of metal work function on the barrier height of metal/cds/sno2/in-ga structures. Current Applied Physics, 13,

96 Altındal, Ş. (1993). Al-SiOx-pSi aygıtların ve güneş pillerinin elektriksel karakteristikleri, Yayımlanmış Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Pakma, O., Serin, N., Serin, T., and Altındal, Ş. (2008). The double Gaussian distribution of barrier heights in Al/TiO2/p-Si (metal-insulator-semiconductor) structures at low temperatures. Journal of Applied Physics, 104, (1-6). 18. Pakma, O., Serin, N., Serin, T., and Altındal, Ş. (2008). The influence of series resistance and interface states on intersecting behavior of I-V characteristics of Al/TiO2/p-Si (MIS) structures at low temperatures. Semiconductor Science and Technology, 23, (1-9). 19. Altındal, Ş., Karadeniz, S., Tuğluoğlu N., and Tataroğlu, A. (2003). The role of interface states and series resistance on the I-V and C-V characteristics in Al/SnO2 p-si Schottky diodes. Solid State Electronics, 47(10), Altındal, Ş., Kanbur, H., Yücedağ, İ., and Tataroğlu, A. (2008). On the energy distribution of interface states and their relaxation time and capture cross section profiles in Al/SiO2/p-Si (MIS) Schottky diodes. Microelectronic Engineering, 85, Demirezen, S., Altındal, Ş., and Uslu, İ. (2013). Two diodes model and illumination effect on the forward and reverse bias I-V and C-V characteristics of Au/PVA (Bidoped)/n-Si photodiode at room temperature. Current Applied Physics, 13, Tunç, T., Altındal, Ş., Dökme, İ., and Uslu, H. (2011). Anomalous Peak in the Forward- Bias C-V Plot and Temperature-Dependent Behavior of Au/PVA (Ni,Zn doped)/n- Si(111) Structures. Journal of Electronic Material, 40, Tunç, T., Altındal, Ş., Dökme, İ., Uslu, İ., and Uslu, H. (2011). Temperature Dependent Current-Voltage (I-V) Characteristics of Au/n-Si (111) Schottky Barrier Diodes with PVA(Ni,Zn-doped) Interfacial Layer. Materials Science in Semiconductor Processing, 14, Uslu H. (2010). Au/(Co, Zn-Katkılı) Polivinil Alkol/n-Si Schottky Engel Diyotlarının Hazırlanması ve Elektriksel Özelliklerinin Aydınlatma Şiddetine Bağlı Incelenmesi, Yayımlanmış Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Taşçıoğlu, İ. (2012). Au/PVA:Zn/n-Si (MPS) Schottky engel diyodun elektriksel özelliklerinin sıcaklık ve radyasyona bağlı incelenmesi, Yayımlanmış Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Çetinkaya, H.G., Tecimer, H., Uslu, H., and Altındal, Ş. (2013). Photovoltaic characteristics of Au/PVA (Bi-doped)/n-Si Schottky barrier diodes (SBDs) at various temperatures. Current Applied Physics, 13, Alialy, S., Tecimer, H., Uslu, H., and Altındal, Ş. (2013). A Comparative Study on Electrical Characteristics of Au/N-Si Schottky Diodes, with and Without Bi-Doped PVA Interfacial Layer in Dark and Under Illumination at Room Temperature. Journal of Nanomedicine and Nanotechnology, 4, (7 pages).

97 28. Dokme, I., Tunç, T., Uslu, I., and Altındal, Ş. (2011). The Au/polyvinyl alcohol (Co, Zn-doped)/n-type silicon Schottky barrier devices. Synthetic Metals, 161, Taşçıoğlu, İ., Aydemir U., Altındal Ş., Kınacı B., and Özçelik S. (2011). Analysis of the forward and reverse bias I-V characteristics on Au/PVA:Zn/n-Si Schottky barrier diodes in the wide temperature range. Journal of Applied Physics, 109, (1-8). 30. Dökme, İ., Altındal, Ş., Tunç, T., and Uslu, I.. (2009). Temperature dependent electrical and dielectric properties of Au/polyvinyl alcohol (Ni, Zn-doped)/n-Si Schottky diodes. Microelectronics Reliability, 50, Boy, F. (2013). Organik arayüzeyli GaAs Schottky Diyotların Elektriksel Karakterizasyonu. Yayımlanmış Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya. 32. Güllü, Ö., Asubay, S., Aydoğan, Ş., and Türüt, A. (2010). Electrical characterization of the Al/new fuchsin/n-si organic-modified device. Physica E, 42, Yahia, I. S., Farag A. A., Yakuphanoğlu, and F., Farooq, W. A. (2011). Temperature dependence of electronic parameters of organic Schottky diode based on fluorescein sodium salt. Synthetic Metals, 161, Tecimer, H., Aksu, S., Uslu, H., Atasoy, Y., Bacaksız, E., and Altındal, Ş. (2012). Schottky diode properties of CuInSe2 films prepared by a two-step growth technique. Sensors and Actuators A: Physical, 185, Tecimer, H., Türüt, A., Uslu, H., Altındal, Ş., and Uslu, İ. (2013). Temperature dependent current-transport mechanism in Au/(Zn-doped)PVA/n-GaAs Schottky barrier diodes (SBDs). Sensors and Actuators A: Physical, 199, Altuntaş, H., Altındal, Ş., Shtrikman, H., and Ozcelik, S. (2009). A detailed study of current-voltage characteristics in Au/SiO2/n-GaAs in wide temperature range. Microelectronics Reliability, 49, Korucu, D., and Duman, S. (2013). Current-voltage-temperature characteristics of Au/p- InP Schottky barrier diode. Thin Solid Films, 531, Janardhanam, V., Jyothi, I., Ahn, K.S., and Choi, C.J. (2013). Temperature-dependent current-voltage characteristics of Se Schottky contact to n-type Ge. Thin Solid Films, 546, Vural, Ö., Şafak, Y., Altındal, Ş., and Turut, A. (2010). Current-voltage characteristics of Al/Rhodamine-101/n-GaAs structures in the wide temperature range. Current Applied Physics, 10, Demirezen, S., and Altındal, Ş. (2010). Possible current-transport mechanisms in the (Ni/Au)/Al0.22Ga0.78N/AlN/GaN Schottky barrier diodes at the wide temperature range. Current Applied Physics, 10, Taşçıoğlu, İ., Aydemir U., and Altındal Ş. (2011). The Explanation of Barrier Height Inhomogeneities in Au/n-Si Schottky Barrier Diodes (SBDs) with organic thin interfacial layer. Journal of Applied Physics, 108, (1-8). 79

98 Rajagopal Reddy, V., and Nanda Kumar Reddy, N. (2012). Current transport mechanisms in Ru/Pd/n-GaN Schottky barrier diodes and deep level defect studies. Superlattices and Microstructures, 52, Karataş, Ş., and Altındal, Ş. (2005). Analysis of I-V characteristics on Au/n-type GaAs Schottky structures in wide temperature range. Materials Science and Engineering: B, 122, Ozavcı, E., Demirezen, S., Aydemir, U., and Altındal, Ş. (2013). A detailed study on current-voltage characteristics of Au/n-GaAs in wide temperature range. Sensors and Actuators A, 194, Biber, M. (2003). Low-temperature current-voltage characteristics of MIS Cu/n-GaAs and inhomogeneous Cu/n-GaAs Schottky diodes. Physica B: Condensed Matter, 325, Afandiyeva, I.M., Demirezen, S., and Altındal, Ş. (2013). Temperature dependence of forward and reverse bias current-voltage characteristics in Al-TiW-PtSi/n-Si Schottky barrier diodes with the amorphous diffusion barrier. Journal of Alloys and Compounds, 552, Korucu, D., Efeoglu, H., Turut, A., and Altındal, Ş. (2012). Evaluation of lateral barrier height of inhomogeneous photolithography-fabricated Au/n-GaAs Schottky barrier diodes from 80 K to 320 K. Materials Science in Semiconductor Processing, 15, Karatas, Ş., Altındal, Ş., Türüt, A., and Özmen, A. (2003). Temperature dependence of characteristic parameters of the H-terminated Sn/p-Si(100) Schottky contacts. Applied Surface Science, 217, Dökme, İ. (2011). The analysis of I-V characteristics of Schottky diodes by thermionic emission with a Gaussian distribution of barrier height. Microelectronics Reliability, 51, Padovani, F.A., and Stratton, R. (1966). Field and thermionic-field emission in Schottky barriers. Solid-State Electronics, 9, Crowell, C.V., and Rideout, V.L. (1969). Normalized thermionic-field emission in metal-semiconductor barriers. Solid-State Electronics, 12, Padovani, F.A. (1971). The voltage-current characteristics of metal-semiconductor contacts in Semiconductors and Semimetals. New York: Academic Press, 7: Rideout, V.L., and Crowell, C.V. (1970). Effects of image force and tunneling on current-transport in metal-semiconductor (Schottky barrier) contacts. Solid-State Electronics, 13, Chang, C.Y., and Sze, S.M. (1970). Carrier transport across metal-semiconductor barriers. Solid-State Electronics, 13, Saxena, A.N. (1969). Forward current-voltage characteristics of Schottky barriers on n- type silicon. Surface Science, 13,

99 56. Crowell, C.R. (1977). The physical significance of the To anomalies in Schottky barriers. Solid-State Electronics, 20, Özerli, H., Karteri, İ., Karataş, Ş., and Altındal, Ş. (2014). The current voltage and capacitance-voltage characteristics at high temperatures of Au Schottky contact to n- type GaAs. Materials Research Bulletin, 53, Wang, C.C., Huang, H. K., Wang, Y. H., Houng, M. P., Wu, C. L., and Chang, C. S. (2004). Fabrication of GaAs Schottky diode by liquid phase chemical enhanced oxidation. Solid State Electronics, 48, Ambrico, M., Losurdo, M., Capezzuto, P., Bruno, G., Ligonzo, T., Schiavulli, L., Farella, and I., Augelli, V. (2005). A study of remote plasma nitrided ngaas/au Schottky barrier. Solid State Electronics, 49, Karataş, Ş., and Altındal, Ş. (2005). Analysis of I-V characteristics on Au/n-type GaAs Schottky structures in wide temperature range. Materials Science and Engineering: B, 122, Cowley, A.M., and Sze, S.M. (1965). Surface State and Barrier Height of Metal Semiconductor Systems. Journal of Applied Physics, 36 (10), Wagner, J. (1931). Theory of current rectifiers. Physics Z, 32, Schottky, W., and Spenke, E. (1939). Quantitative treatment of the space charge and boundary-layer theory of the crystal rectifier. Wissenschaftliche Veröffentlichungen aus dem Siemens-Konzern, 18, Andrews, J.M., and Lepselter, M.P. (1970). Reverse current-voltage characteristics of metal-silicide Schottky diodes. Solid-State Electronics, 13, Crowell, C.R., and Sze, S.M. (1966). Current transport in metal-semiconductor barriers. Solid-State Electronics, 9, Arslan, E., Altındal, Ş., Özcelik, S., and Özbay, E. (2009). Dislocation-governed current-transport mechanism in (Ni/ Au)-AlGaN/AlN/GaN heterostructures. Journal of Applied Physics, 105, (7 pages). 67. Padovani, F.A., and Sumner, G.G. Experimental Study of Gold Gallium Arsenide Schottky Barriers, Journal of Applied Physics, 36 (1965) Padovani, F.A. (1966). Graphical Determination of the Barrier Height and Excess Temperature of a Schottky Barrier. Journal of Applied Physics, 37, 921 (2 pages). 69. Altındal, S., Dökme, I., Bülbül, M.M., Yalçin, N., and Serin, T. (2006). The role of the interface insulator layer and interface states on the current-transport mechanism of Schottky diodes in wide temperature range. Microelectronic Engineering, 83 (3), Tung, R.T. (1992). Electron-Transport at Metal-Semiconductor Interfaces-General Theory. Physical Review B, 45 (23):

100 Sullivan, J. P., Tung, R. T., Pinto, M.R., and Graham, W. R. (1991). Electron transport of inhomogeneous Schottky barrier: A numerical study. Journal of Applied Physics, 70 (12), Werner, J. H., Gütter, H. H. (1991). Barrier inhomogeneities at Schottky contacts. Journal of Applied Physics, 69 (3), Song, Y.P., Van Meirhaeghe, R.L., Laflere, W.H. and Cardon, F. (1986). On the difference in apparent barrier height as obtained from capacitance-voltage and currentvoltage-temperature measurements on Al/p-InP Schottky barriers. Solid-State Electronics, 29 (6), Dimitriadis, C.A., Logothetidis, S., and Alexandrou, I. (1995). Schottky barrier contacts of titanium nitride on n-type silicon. Applied Physics Letters, 66, Güllü Ö. (2008). H2 Ön Tavlamalı Au/n-GaAs Diyotlarda Elektriksel Karakteristiklerin Schottky Metal Kalınlığı ve Sıcaklığa Bağlı Değişiminin İncelenmesi. Yayımlanmış Doktora Tezi, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum, Wittmer, M., and Freeouf, J. L. (1994). Schottky Barriers and the Reactivity of The Interface. Europhysics Letters, 26(2), Levine, J.D. (1971). Schottky-Barrier Anomalies And Interface States. Journal of Applied Physics, 42, Chattopadhyay, P. (1994). Effect of Localized States on the Current-Voltage Characteristics of Metal-Semiconductor Contacts With Thin Interfacial Layer. Solid- State Electronics, 37 (10), Wu, C.Y. (1980). Interfacial Layer Theory of The Schottky-Barrier Diodes. Journal of Applied Physics, 51 (7), Ikoma, H., Ishida, T., and Sato, K. (1993). Analysis of GaAs Schottky Tunnel Metal- Insulator Semiconductor Diode Characteristics Based On An Interfacial Layer Model. Journal of Applied Physics, 73 (3), Tung, R. T. (1991). Electron-Transport of Inhomogeneous Schottky Barriers. Applied Physics Letters, 58 (24), Osvald, J. (1999). Numerical study of electrical transport in inhomogeneous Schottky diodes. Journal of Applied Physics, 85(3), Soylu M. (2007). Au/n-InP ve Au/Pyronine-B/n-InP Schottky Yapıların Sıcaklığa Bağlı Elektriksel Karakterizasyonu. Yayımlanmış Doktora Tezi, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum, Ziel, A. (1968). Solid State Physical Electronics. Minnesota: Prentice-Hall International Inc., Ohdomari, I., and Tu, K.N. (1980). Parallel Silicide Contacts. Journal of Applied Physics, 51, 3735.

101 86. Bhajantri, R.F., Ravindrachary, V., Harisha, A., Ranganathalah, C., and Kumaraswamy, G.N. (2007). Effect of barium chloride doping on PVA microstructure:positron annihilation study. Applied Physics A, 87, Ramaseshan, R., Sundarrajan, S., Jose, R., and Ramakrishna, S. (2007). Nanostructured ceramics by electrospinning. Journal of Applied Physics, 102(11), Singh, A. (1985). Characterization of interface states at Ni/nCdF2 Schottky barrier type diodes and the effect of CdF2 surface preparation. Solid State Electronics, 28 (3), Altindal, S., Dökme, I., Bülbül, M.M., Yalçin, N., and Serin, T. (2006). The role of the interface insulator layer and interface states on the current-transport mechanism of Schottky diodes in wide temperature range. Microelectronic Engineering, 83 (3), Ejderha, K., Yildirim, N., Türüt, and A., Abay, B. (2010). Influence of interface states on the temperature dependence and current-voltage characteristics of Ni/p-InP Schottky diodes. Superlattices and Microstructures, 47 (2), Tung, R.T. (2000). Comment on Numerical study of electrical transport in homogeneous Schottky diodes. Journal of Applied Physics, 88(3), Hudait, M.K., Venkateswarlu, P., and Krupanidhi, S.B. (2001). Electrical transport characteristics of Au/n-GaAs Schottky diodes on n-ge at low temperatures. Solid-State Electronics, 45(1), Cheung, S. K., and Cheung, N.W. (1986). Extraction of Schottky diode parameters from forward current-voltage characteristics. Applied Physics Letters, 49 (2), Sing, A., Reinhart, K.C., and Anderson, W.A. (1990). Temperature dependence of the electrical characteristics of Yb/p-InP tunnel metal-insulator-semiconductor junctions. Journal of Applied Physics, 68 (7), Duman, S., Gurbulak, B., and Türüt, A. (2007). Temperature-dependent optical absorption measurements and Schottky contact behavior in layered semiconductor n- type InSe(:Sn). Applied Surface Science, 253(8), Karataş, S., Altindal, S., Türüt, A., and Özmen, A. (2003). Temperature dependence of characteristic parameters of the H-terminated Sn/p-Si(100) Schottky contacts. Applied Surface Science, 217 (1-4), Dobročka, E., and Osvald J. (1994). Influence of barrier height distribution on the parameters of Schottky diodes. Applied Physics Letters, 65 (5), Jones, F.E., Wood, B.P., Myers, J.A., Daniels-Hafer, C., and Lonergan, M.C. (1999). Current transport and the role of barrier inhomogeneities at the high barrier n-inp [poly(pyrrole) interface]. Journal of Applied Physics, 86 (11), Horváth, Zs.J. (1996). Comment on Analysis of I-V measurements on CrSi2-Si Schottky structures in a wide temperature range. Solid-State Electronics, 39 (1),

102 Schmitsdorf, R.F., Kampen, T.U., and Mönch, W. (1995). Correlation between barrier height and interface structure of AgSi (111) Schottky diodes. Surface Science, 324 (1), Mönch, W. (1999). Barrier heights of real Schottky contacts explained by metalinduced gap states and lateral inhomogeneities. Journal of Vacuum Science & Technology B, 17(4), Chand, S., and Kumar, J. (1996). Evidence for the double distribution of barrier heights in Pd2Si/n-Si Schottky diodes from I-V-T measurements. Semicondoctur Science and Technology, 11 (8), Vanalme, G.M., Goubertt, L., Van Meirhaeghe, R.L., Cardon, F., and Van Daele, P. (1999). Ballistic electron emission microscopy study of barrier height inhomogeneities introduced in Au/III-V semiconductor Schottky barrier contacts by chemical pretreatments. Semicondoctur Science and Technology, 14 (9),

103 85 ÖZGEÇMİŞ Kişisel Bilgiler Soyadı, adı : TECİMER, Hüseyin Uyruğu : T.C. Doğum tarihi ve yeri : , Ankara Medeni hali : Bekâr Telefon : 0 (555) huseyintecimer@gmail.com Eğitim Derece Yüksek Lisans (Tezli) Eğitim Birimi Gazi Üniversitesi /Fizik Mezuniyet tarihi 2007 Yüksek Lisans Gazi Üniversitesi/ Fizik 2006 (Tezsiz) Lisans Gazi Üniversitesi/ Fizik 2003 Lise Kanuni Lisesi 1998 İş Deneyimi Yıl Yer Görev 2008 Kal-Met Kalibrasyon Laboratuvarı Kalibrasyon Teknikeri 2009 UMS Kalibrasyon Laboratuvarı Kalibrasyon Uzmanı 2011 Referans Çevre Teknolojileri Laboratuvarı Laboratuvar Müdürü Yabancı Dil İngilizce

104 86 Yayınlar A. Teze Ait Yayınlar 1. Tecimer, H., Türüt, A., Uslu, H., Altındal, Ş., and Uslu, İ. (2013). Temperature dependent current-transport mechanism in Au/(Zn-doped)PVA/n-GaAs Schottky barrier diodes (SBDs). Sensors and Actuators A.: Physical, 199, B. Diğer Yayınlar 1. Tecimer, H., Aksu, S., Uslu, H., Atasoy, Y., Bacaksız, E., and Altındal, Ş. (2012). Schottky diode properties of CuInSe2 films prepared by a two-step growth technique. Sensors and Actuators A.: Physical, 185, Çetinkaya, H.G., Tecimer, H., and Uslu, H. (2013). Photovoltaic characteristics of Au/PVA (Bi-doped)/n-Si Schottky barrier diodes (SBDs) at various temperatures. Current Applied Physics, 13, Alialy, S., Tecimer, H., Uslu, H., and Altındal, Ş. (2013). A Comparative Study on Electrical Characteristics of Au/N-Si Schottky Diodes, with and Without Bi-Doped PVA Interfacial Layer in Dark and Under Illumination at Room Temperature. Journal of Nanomedicine and Nanotechnology, 4, (7 pages). 4. Tecimer, H., Uslu, H., Alahmed, Z.A., Yakuphanoğlu, F., and Altındal, Ş. (2014). On the frequency and voltage dependence of admittance characteristics of Al/PTCDA/P-Si (MPS) type Schottky barrier diodes (SBDs). Composites Part B: Engineering, 57, Kaya, A., Vural, Ö., Tecimer, H., Demirezen, S., and Altındal, Ş. (2014). Frequency and voltage dependence of dielectric properties and electric modulus in Au/PVC + TCNQ/p- Si structure at room temperature. Current Applied Physics, 14, Kaya, A., Tecimer, H., Vural, Ö., Taşdemir, İ.H., and Altındal, Ş. (2014). Capacitance/Conductance-Voltage-Frequency Characteristics of Au/PVC+TCNQ/p-Si Structures in Wide Frequency Range. IEEE Transactions on Electron Devices, 61, Altındal, Ş., Tunç, T., Tecimer, H., and Yücedağ, İ. (2014). Electrical and photovoltaic properties of Au/(Ni, Zn)-doped PVA/n-Si structures in dark and under 250 W illumination level. Materials Science in Semiconductor Processing, DOI: /j.mssp

105 8. Yücedağ, İ., Kaya, A., Tecimer, H., and Altındal, Ş. (2014). Temperature and voltage dependences of dielectric properties and ac electrical conductivity in Au/PVC+TCNQ/p-Si structures. Materials Science in Semiconductor Processing, DOI: /j.mssp Kaya, A., Yücedağ, İ., Tecimer, H., and Altındal, S. (2014). A comparative electric and dielectric properties of Al/p-Si structures with undoped and Co-doped interfacial PVA layer. Materials Science in Semiconductor Processing, DOI: /j.mssp Kaya, A., Demirezen, S., Tecimer, H., and Altındal, Ş. (2014). Temperature and Voltage Effect on Barrier Height and Ideality Factor in Au/PVC+TCNQ/p-Si structures. Advances in Polymer Technology, DOI /adv Tecimer, H., Uslu, H., Yakuphanoğlu, F., and Altındal, Ş. (2011). Frequency dependent of capacitance/ conductance-voltage characteristics of Al/PTCDA/p-Si Schottky barrier diodes (SBDs) at room temperature. Turkish Physical Society 28th International Physics Congress, 6-9 September, Bodrum. (Poster bildiri) 12. Çetinkaya, H.G., Tecimer, H., Uslu, H., and Altındal, Ş. (2011). Illumination dependent of current-voltage characteristics of Au/PVA/n-Si Schottky diodes (SDs) at 80 K and 320 K temperatures. Turkish Physical Society 28th International Physics Congress, 6-9 September, Bodrum. (Poster bildiri) 13. Uslu, H., Tecimer, H., ve Türüt, A. (2012). Au/PVA/n-GaAs ve Au/(Zn-katkılı)PVA/n- GaAs Schottky engel diyotlarının (SBDs) akım-voltaj (I-V) karakteristiklerinin incelenmesi. Turkish Physical Society 29th International Physics Congress, 5-8 September, Bodrum. (Poster bildiri) 14. Tecimer, H., Uslu, H., ve Türüt, A. (2012). Au/(Zn-katkılı)PVA/n-GaAs Schottky engel diyotlarının (SBDs) akım-voltaj (I-V) karakteristiklerinin sıcaklığa bağlı incelenmesi. Turkish Physical Society 29th International Physics Congress, 5-8 September, Bodrum. (Poster bildiri) 15. Tecimer, H., and Uslu, H. (2011). Gamma Irradition Effect on The C-V and G/-V Characteristics of Organic-Based Schottky Barrier Diodes. Mini-Workshop on Surface Science for Inauguration on the Turkish Surface Science Society (TuSSS), 23 rd of May, Bilkent Ankara. (Poster bildiri) 16. Çetinkaya, H.G., Tecimer, H., and Uslu, H. (2011). The Effect of Series Resistance on Current-Voltage (I-V) Characteristics of Au/PVA/n-Si Schottky Barrier Diodes (SBDs) in Dark and Under Illumination Conditions. Mini-Workshop on Surface Science for Inauguration on the Turkish Surface Science Society (TuSSS), 23 rd of May, Bilkent Ankara. (Poster bildiri)

106 17. Tecimer, H., Uslu, H., and Altındal, Ş. (2012). The Effect of Polyvinyl Alcohol (Bidoped) Interfacial Layer on The Current-Voltage (I-V) Characteristics of Au/n-Si Schottky Barrier Diodes (SBDs). 1. Ulusal Fotonik Bilimi ve Sensör Teknolojileri Konferansı, 25 Eylül, TUBİTAK UME, Gebze/Kocaeli. (Poster bildiri) Altındal, Ş., Tecimer, H., and Uslu, H. (2012). Illumination Effect on The Current- Voltage (I-V) Characteristics of Au/n-Si and Au/(Bi-Doped) Polyvinyl Alcohol/n-Si Schottky Barrier Diodes (SBDs). 1. Ulusal Fotonik Bilimi ve Sensör Teknolojileri Konferansı, 25 Eylül, TUBİTAK UME, Gebze/Kocaeli. (Poster bildiri) C. Projeler 1. Au/TiO2/n-SiC (MIS) Schottky Diyotlarinin Hazırlanması ve Elektriksel Özelliklerinin İncelenmesi, (2011). Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi, FEF.05/ (Araştırmacı). 2. Ferroelektrik (Bi3Ti4O12) Arayüzey Tabakalı Yapıların Hazırlanması ve Elektronik Parametrelerinin İncelenmesi, (2011). Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi, FEF.05/ (Araştırmacı). 3. Au/Zn-Katkılı/n-GaAs Yapıların Hazırlanması ve Fiziksel Özelliklerinin İncelenmesi, (2012). Gazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi, FEF.05/ (Araştırmacı).

107 GAZİ GELECEKTİR.