LIEN-SO-NICOLET YÖNTEMİYLE ANTİMON KATKILI TiO2/n-Si METAL-YALITKAN-YARIİLETKEN DİYODUN SERİ DİRENÇ DEĞERİNİN BELİRLENMESİ

Benzer belgeler
Zn/p-Si Schottky Diyotlarda Temel Elektriksel Parametrelerin Sıcaklığa Bağlı İncelenmesi *

The Determination of Series Resistance Parameter of Sb Doped TiO 2 / n Si MIS Structure by Capacitance Voltage (C V) Method

Al/CuO/p-Si/Al Diyot Yapısının Elektriksel Özellikleri


Organik Arayüzey Tabakalı Al/CuPc /p-inp Kontakların Fabrikasyonu Ve Elektriksel Parametrelerinin İncelenmesi

Ag/Azure A /n-si Schottky Diyodun Elektriksel ve Fotovoltaik Özelliklerinin Araştırılması

Al/TiO 2 /p-si (MIS) Yapılarında Temel Elektriksel Parametrelerin Akım-Gerilim (I-V) Karakteristiklerinden Hesaplanması

AL/P-Sİ SCHOTTKY BARİYER DİYOTUN γ-işini RADYASYON ETKİSİ ÜZERİNDE ELEKTRİKSEL PARAMETRELERİNİN HESAPLANMASI. Serhat GÜLOĞLU

BÖLÜM 2. FOTOVOLTAİK GÜNEŞ ENERJİ SİSTEMLERİ (PV)

ELEKTRONİK DEVRE TASARIM LABORATUARI-I MOSFET YARI İLETKEN DEVRE ELEMANININ DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

Çukurova Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği

1,3-BİS-(P-İMİNOBENZOİK ASİT) İNDAN LANGMUIR-BLODGETT (LB) FİLMLERİN ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERİ

MOSFET. MOSFET 'lerin Yapısı

Çukurova Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği

ZENER DİYOTLAR. Hedefler

DENEY 6 TUNGSTEN FİTİLLİ AMPUL VE YARIİLETKEN DİYOT

FARKLI PANEL TİPLERİ İÇİN EŞDEĞER DEVRE MODELİNİN PARAMETRE DEĞERLERİNİN BULUNMASI

MİNYATÜR ISIL İŞLEM ÜNİTESİ

Karadeniz Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi * Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Elektronik Anabilim Dalı * Elektronik Laboratuarı I

ZnS Nanoparçacıklar İçeren Langmuir-Blodgett İnce Filmlerin Elektriksel Özellikleri

Elektronik-I Laboratuvarı 1. Deney Raporu. Figure 1: Diyot

Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi

Fotovoltaik Teknoloji

METAL/ORGANİK/İNORGANİK YARIİLETKEN YAPILARIN SICAKLIĞA BAĞLI OLARAK ELEKTRİKSEL VE OPTİK PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ

Al/P-Si/Zno/Al Foto Diyotun Üretimi ve Elektriksel Karakterizasyonu

KARBON AEROJEL ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

EFFECT OF SURFACE STATES ON ELECTRICAL CHARACTERISTIC OF METAL-INSULATOR-SEMICONDUCTOR (MIS) DIODES

Mehmet Faruk KARABAT Yüksek Lisans Tezi Fizik Anabilim Dalı Danışman: Yrd. Doç. Dr. İsmail ARSEL 2014 Her hakkı saklıdır

MUSTAFA KEMAL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FİZİK ANABİLİM DALI

Elektronik cihazların yapımında en çok kullanılan üç yarıiletken şunlardır,

MOSFET:METAL-OXIDE FIELD EFFECT TRANSISTOR METAL-OKSİT ALAN ETKİLİ TRANZİSTOR. Hafta 11

DENEY 1:JFET TRANSİSTÖR VE KARAKTERİSTİKLERİ

GÜNEŞ PİLLERİ VE ÖZELLİKLERİ Batur BEKİROĞLU Dr. Vatan TUĞAL Marmara Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Elektrik Eğitimi Bölümü Göztepe, İstanbul

BLM 224 ELEKTRONİK DEVRELER. Hafta 2. Prof. Dr. Mehmet Akbaba Karabük Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

AR-GE miz TARAFINDAN TASARLANAN SİSTEMLER. made in TURKEY

A.Ü. GAMA MYO. Elektrik ve Enerji Bölümü GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ 10. HAFTA

ALAN ETKİLİ TRANSİSTÖR

Tali Havalandırma Hesaplamaları Auxiliary Ventilation Calculations

ZnO TABANLI YARIİLETKENLERDE METAL KONTAK ÖZELLİKLERİNİN ARAŞTIRILMASI * Investigation of Metal Contact Properties at ZnO Based Semiconductors

SPEKTROSKOPİK ELİPSOMETRE

Hazırlayan: Tugay ARSLAN

T.C. MALTEPE ÜNİVERSİTESİ Elektronik Mühendisliği Bölümü. ELK232 Elektronik Devre Elemanları

DENEY 1 DİYOT KARAKTERİSTİKLERİ

PERİLENSİZ VE PERİLENLİ Al/p-Si SCHOTTKY ENGEL DİYOTLARIN ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERİNİN ODA SICAKLIĞINDA KARŞILAŞTIRILMASI.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ EĞİTİM SETİ DENEY KİTABI KONU: PNPN DİYOT

DENEY 2: TEMEL ELEKTRİK YASALARI (OHM, KİRCHOFF AKIM VE GERİLİM)

BJT KARAKTERİSTİKLERİ VE DC ANALİZİ

Yarıiletken devre elemanlarında en çok kullanılan maddeler;

Döndü Eylül ERGEN YÜKSEK LĐSANS TEZĐ

ZAMAN SERİLERİNDE REGRESYON ANALİZİ

BAZI KAYNAK PARAMETRELERİNİN SIÇRAMA KAYIPLARINA ETKİSİ

1,3-bis-(p-iminobenzoik asit)indan Langmuir-Blodgett filmlerinin karakterizasyonu ve organik buhar duyarlılığı

ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ

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

6-AMİNO-m-KRESOL POLİMERİNİN PASLANMAZ ÇELİK ÜZERİNE SENTEZİ VE KOROZYON PERFORMANSININ İNCELENMESİ *

T.C. SÜLEYMAN DEMĠREL ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ

Şekil 1: Zener diyot sembol ve görünüşleri. Zener akımı. Gerilim Regülasyonu. bölgesi. Şekil 2: Zener diyotun akım-gerilim karakteristiği

DENEY 2: TEMEL ELEKTRİK YASALARI-GERİLİM VE AKIM ÖLÇÜMLERİ

6. DİRENÇ ÖLÇME YÖNTEMLERİ VE WHEATSTONE KÖPRÜSÜ

Akım ve Direnç. Bölüm 27. Elektrik Akımı Direnç ve Ohm Kanunu Direnç ve Sıcaklık Elektrik Enerjisi ve Güç

Seydişehir Alüminasında Gözlemlenen Feding Olayının Tünel Mekanizması ile Açıklanması

ÜNİTE 3 KLASİK SORU VE CEVAPLARI (TEMEL ELEKTRONİK)

Atomdan e koparmak için az ya da çok enerji uygulamak gereklidir. Bu enerji ısıtma, sürtme, gerilim uygulama ve benzeri şekilde verilebilir.

A.Ü. GAMA MYO. Elektrik ve Enerji Bölümü GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ 3. HAFTA

6. Bölüm: Alan Etkili Transistörler. Doç. Dr. Ersan KABALCI

DENEY 9: JFET KARAKTERİSTİK EĞRİLERİ

ATMALI FİLTRELİ KATODİK VAKUM ARK DEPOLAMA YÖNTEMİYLE ÇİNKO NİTRÜR (Zn 3 N 2 ) ÜRETİMİ VE OPTİKSEL ÖZELLİKLERİ *

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ. /p-si/al YAPILARINDA YÜZEY ŞARTLARININ ELEKTRONİKSEL İLETKENLİĞE ETKİSİ.

Akım Modlu Çarpıcı/Bölücü

A.Ü. GAMA MYO. Elektrik ve Enerji Bölümü GÜNEŞ ENERJİSİ İLE ELEKTRİK ÜRETİMİ 4. HAFTA

RF PÜSKÜRTME METODU İLE HAZIRLANAN SiO 2 ARAYÜZEYLİ METAL-YARIİLETKEN KONTAKLARDA PARAMETRELERİN BELİRLENMESİ. Şule DEMİR YÜKSEK LİSANS TEZİ FİZİK

N TİPİ SİLİSYUM TABANLI ALTLIK ÜZERİNE PYRENE (C 16 H 10 ) MADDESİNİN KAPLANARAK ELDE EDİLEN YAPILARIN AKIM İLETİM MEKANİZMALARI.

Şekil 1. n kanallı bir FET in Geçiş ve Çıkış Özeğrileri

Ölçme Kontrol ve Otomasyon Sistemleri 8

DENEY 3 : TRANSİSTÖR KARAKTERİSTİKLERİ. Amaç : Bipolar Transistörlerin çalışmasını teorik ve pratik olarak öğrenmek.

Ders 3- Direnç Devreleri I

TRANSİSTÖR KARAKTERİSTİKLERİ

İLERİ SOL JEL PROSESLERİ

I R DENEY Ohm Kanunun İncelenmesi

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

Mekatronik Mühendisliği Lab1 (Elektrik-Elektronik) Zener Diyot Karakteristiği ve Uygulaması

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

Deney 3: Diyotlar ve Diyot Uygulamaları. Amaç: Araç ve Malzeme: Teori:

CETP KOMPOZİTLERİN DELİNMELERİNDEKİ İTME KUVVETİNİN ANFIS İLE MODELLENMESİ MURAT KOYUNBAKAN ALİ ÜNÜVAR OKAN DEMİR

1. Yarı İletken Diyotlar Konunun Özeti

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

T.C. ANKARA ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJESİ KESİN RAPORU

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 9A GERİNİM ÖLÇER KULLANARAK GERİLİM ANALİZİ YAPILMASI

FET Transistörün Bayaslanması

Korozyon Hızı Ölçüm Metotları. Abdurrahman Asan

Isı Kütle Transferi. Zorlanmış Dış Taşınım

Şekilde görüldüğü gibi Gerilim/akım yoğunluğu karakteristik eğrisi dört nedenden dolayi meydana gelir.

ISI TRANSFERİ LABORATUARI-1

SPICE MOS Model Parametrelerinin Ölçülmesi (1., 2. ve 3. Düzey Modeller)

DENEY-3. FET li Yükselticiler

AKM 205-BÖLÜM 2-UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ

TEMEL ELEKTROT SİSTEMLERİ Silindirsel Elektrot Sistemi

ÇANAKKALE-ÇAN LİNYİTİNİN KURUMA DAVRANIŞI

Transkript:

SAÜ Fen Edebiyat Dergisi (2011-1) LIEN-SO-NICOLET YÖNTEMİYLE ANTİMON KATKILI TiO2/n-Si METAL-YALITKAN-YARIİLETKEN DİYODUN SERİ DİRENÇ DEĞERİNİN BELİRLENMESİ Savaş SÖNMEZOĞLU, Seçkin AKIN Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi, Kamil Özdağ Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, 70100, KARAMAN E-posta : svssonmezoglu@kmu.edu.tr, seckinakin@kmu.edu.tr ÖZET Bu çalışmada, sol-jel daldırma ile kaplama yöntemiyle antimon katkılı TiO2/n-Si MIS diyot oluşturulmuş ve yapının idealite faktörü (n), engel yüksekliği ve seri direnç değerleri (R) standart I-V karakteristiği ve Lien-So-Nicolet metodu ile analiz edilmiştir. Her iki yöntemden de elde edilen idealite faktörü ve seri direnç değerlerinin birbiriyle uyumu karşılaştırılmış ve tartışılmıştır. I-V karakteristiklerinden hesaplanan seri direnç değerinin, Lien-So-Nicolet metodundan elde edilen değere göre çok büyük olduğu görülmüştür. Bu durum, I-V karakteristikleri diyotun ileri beslemde lineer olmayan bölgelerinde geçerli olurken, Lien-So-Nicolet metodunun ileri beslemin tüm bölgelerinde geçerli olmasına atfedilebilir. Anahtar Kelimeler: Sb-katkılı TiO2/n-Si MIS yapı, I-V karakteristiği, Lien-So- Nicolet metodu, seri direnç, idealite faktörü b0 THE DETERMINATION OF SERIES RESISTANCE VALUE OF METAL-INSULATOR-SEMICONDUCTOR DIODE BASED ON ANTIMONY-DOPED TiO2/n-Si BY LIEN-SO-NICOLET METHOD ABSTRACT In this study, antimony-doped TiO2/n-Si MIS diode has been fabricated by solgel dip coating technique and the ideality factor (n), barrier height and series resistance (R) values of the structure have been analysed by standart I-V characteristics and Lien-So-Nicolet method. The ideality factor and series 1 b0

SAÜ Fen Edebiyat Dergisi (2011-1) resistance values obtained from both methods were compared and discussed in accordance with each other. It is seen that the value of series resistance obtained from the I-V characteristics is much bigger than the value obtained from the Lien-So-Nicolet method. This situation can be attributed that Lien-So-Nicolet method is valid for the full forward bias while I-V characteristics are valid for the non-linear region of the forward bias. Key Words: Sb-doped Au/TiO2/n-Si MIS structure, I-V characteristics, Lien- So-Nicolet s method, series resistance, ideality factor 1. GİRİŞ Metal ile yarıiletken tabakalar arasına, ince yalıtkan bir tabakanın doğal ya da yapay olarak yerleştirilmesiyle elde edilen metal yalıtkan yarıiletken (MIS) diyotlar büyük bir hızla gelişmekte olan mikroelektronik aygıt teknolojisinde mikro-devre elemanı olarak oldukça geniş bir yer tutmaktadır. MIS diyotlar entegre devrelerde [1], anahtar uygulamalarında [2], metal-yalıtkan-yarıiletken alan etkili transistörlerde (MISFET) [3], ışık ve ultraviyole dedektörlerinde [4], güneş pillerinde [5] sıkça kullanılmaktadır. Bu yapılardan kullanılacak amaca göre en verimli şekilde, yüksek performansla yararlanabilmek ancak diyot parametrelerinin iyi belirlenmesiyle mümkündür. MIS diyotlarda yalıtkan tabaka ve seri direnç gibi parametreler diyot performansını önemli ölçüde etkilemekte, diyotun ideal davranışından sapmasına sebep olmaktadır [6-10]. Bu etkiye sebep olan seri direnç, ln(i)-v grafiği yardımıyla büyük gerilim değerleri için hesaplanabilir. Ancak seri direnç değeri çok büyükse, idealite faktörü (n), bariyer yüksekliği( b0 ), seri direnç (R) gibi temel karakteristik parametreler sıcaklık ve akıma bağlı olduklarından dolayı elde edilen değerlerde yanlışlıklar olabilmektedir. Aygıt teknolojisinde geniş bir yer bulan MIS yapıların giderek daha büyük önem kazanmasıyla birlikte bu yapılarla ilgili çalışmalar ve araştırmalar da hız kazanmıştır. Son zamanlarda yüksek seri dirence sahip MIS yapılarda seri direnç hesaplamaları için modern yöntemler geliştirilmiştir [11-16]. MIS diyotlarda seri direnç etkisini ilk defa göz önünde bulunduran Norde tarafından ideal bir diyot (n=1 durumu) için seri direnç ve engel yüksekliğini veren F(V) fonksiyonu tanımlanmıştır [11]. Bu yöntem engel yüksekliği ve seri direncin sıcaklıkla değişimi söz konusu olmayıp sadece bir sıcaklık değerindeki akım-voltaj (I-V) eğrisi ile hesaplama yapılabilmesi sebebiyle büyük bir avantaj sağlamaktadır. 2

SAÜ Fen Edebiyat Dergisi (2011-1) Daha sonra Lien ve ark. [12], ideal olmayan diyotlar için, sabit a değerlerine bağlı olarak farklı minimum noktalardan geçen Norde benzeri bir Fa(V) fonksiyonu tanımlamış ve bu modelde, keyfi a değerleri için bulunan minimum noktalar yardımıyla çizilen I(a)-a/ grafiğinden seri direnç ve idealite faktörünü hesaplamıştır. Lien den sonra yine Norde metodunu geliştirerek idealite faktörünün 1 den büyük olduğu 1n 2 durumlarda da kullanılmasına ve n, R ve b0 değerlerinin hesaplanabilmesine imkan sunan Sato ve Yasamura [13] olmuştur. Hem ideal hem de ideal olmayan durumların dikkate alındığı bu yöntem R ve nin sıcaklıkla değiştiği durumlarda uygulanabilir olmasından dolayı b0 en az iki farklı sıcaklıkta ölçülen I-V karakteristiklerine ihtiyaç duyar. Benzer bir yöntem Mc Lean tarafından da belirtilmiştir [14]. Cibils ve Buitrago da idealite faktörü ve seri direnç değerini bulabilmek için, F(V) =V- Va ln(i ) şeklinde bir fonksiyonla yeni bir yaklaşımda bulunmuştur. Bu yaklaşım Va geriliminin farklı değerlerinde fonksiyonun minimum noktalarının bulunmasına dayanmaktadır [15]. Sonraki yıllarda da Bohlin [16] MIS engel diyotunun I-V ölçümünden elde edilen R, b0 ve n değerlerinin belirlenmesini mümkün kılan keyfi sabitleri için farklı minimum değerlerden geçen Lien fonksiyonuna benzer bir FV (, ) fonksiyonu tanımlamış böylece engel yüksekliği ve seri direnç parametrelerini iki farklı sabitinin değerlerine bağlı olarak hesaplamıştır. MIS diyotlarda seri direnç değerinin elde edilebilmesi ve diyot parametreleri üzerindeki etkisi ile ilgili yapılan bu çalışmalar genel olarak Norde yönteminden faydalanılarak geliştirilmiştir. Bu yöntemlerle ileri beslem I-V karakteristiklerinden seri direnç, idealite faktörü ve engel yüksekliği parametreleri hesaplanabilmektedir. Norde metodunda ve bu metodun modifiye edildiği diğer metotlar arasında, R değerinin hesaplanmasında lineer bir dönüşüm kullanılabilmesi, sonuçların doğruluğunu göstermek için kullanılabilecek çok sayıda veri noktası olması, sabit R varsayımının geçerliliğinin ln(i)-vd eğrisinin lineerliğinden kontrol edilebilmesi ve idealite faktörünün birden büyük olduğu durumlarda da uygulanabilmesi gibi üstünlüklerinden dolayı Lien-So-Nicolet metodu [12] ön plana çıkmaktadır. Bu çalışmada, ilk defa antimon katkılı TiO2 yalıtkan arayüzey tabakası kullanılarak Au/Sb katkılı TiO2/n-Si MIS diyotu oluşturulmuş ve bu diyotun idealite faktörü, engel yüksekliği ve seri direnç değerleri I-V karakteristiği ve Lien-So-Nicolet metodu ile analiz edilmiştir. 3

SAÜ Fen Edebiyat Dergisi (2011-1) 2. DENEYSEL KISIM 2.1. Antimon Katkılı TiO2 in Sentezlenmesi TiO2 çözeltisi hazırlamak için öncelikle 25 ml etanol [C2H6O, 99.9%, Merck] içerisine 2.4 ml titanyum tetraisopropoxide [Ti(OC3H7)4, ex. Ti 98%, Merck] eklendi ve çözelti manyetik karıştırıcıda 1 saat kadar karıştırılmıştır. Daha sonra, çözeltiye 5 ml glasiyel asetik asit [C2H4O2, 99.9%, Merck], 1.5 ml trietilamin [(C2H5)3N, 99%, Merck] ve 25 ml etanol eklenmiştir. Bu işlemden sonra, çözelti manyetik karıştırıcıda bir saat daha karıştırılmıştır. Sonra, 25 ml etanole, 0.072 gr antimon triklorür (SbCl3, 99.0%, Merck) eklenmiş ve çözelti manyetik karıştırıcıda 2 saat karıştırılmıştır. Daha sonra, antimon triklorür çözeltisi TiO2 çözeltisine eklendi ve ilaveten 2 saat daha manyetik karıştırıcıda karıştırılmıştır. Son olarak, Sb katkılı TiO2 (Sb/Ti = 1/10) çözeltisi kaplama öncesinde bir gün kadar oda sıcaklığında bırakılmıştır. 2.2. Sb-katkılı TiO2/n-Si MIS Diyotun Fabrikasyonu Bu çalışmada, (100) yönelime sahip, 400 µm kalınlıkta ve 1-10 Ωcm özdirençli n-tipi silisyum (Si) yarıiletken alttaş kullanılmıştır. Si alttaş RCA temizleme prosedürüne göre temizlenmiştir. RCA temizleme prosedürü sırasıyla yapılan üç ana adımı kapsamaktadır. 1) Organik malzemenin temizlenmesi, çözülmeyen organik atıkların NH4OH + H2O2 + 6H2O çözeltinde 10 dakika kaynatılarak uzaklaştırılmasını içermektedir. 2) Oksit tabakanın kaldırılması, 1. adımın sonucu olarak 0 ince silikon dioksit (SiO2 10 A ) tabakada biriken metalik atıkların uzaklaştırılmasını içermektedir. Alttaşın ön yüzeyindeki oksit, HF:H2O (1:10) çözeltisinde yok edilmiş ve son olarak taban deiyonize su içinde 30 saniye durulanmıştır. 3) İyonik temizleme işlemi ise, HCl + H2O2 + 6H2O [17] çözeltisi içinde 10 dakika kaynamayı kapsamaktadır. Daha sonra Si kristali bir süre N2 gazı ortamında kurumaya bırakılmıştır. Kurutma işlemini takiben, n-tipi Si kristalinin arka yüzeyine tungsten filamen kullanılarak, 10-7 Torr basınç altında, yüksek saflıkta altın (99.9%) termal olarak buharlaştırılmıştır. Düşük dirençli bir omik kontak elde etmek için, Si kristali 580ºC, N2 gazı ortamında 3 dakika kadar kurumaya bırakılmıştır. Daldırma işlemi el yapımı motorize bir birim kullanılarak gerçekleştirilmiş ve her örnek, çözelti içerisine beş defa daldırılmıştır. 4

SAÜ Fen Edebiyat Dergisi (2011-1) Her daldırma işleminden sonra kaplanan n-tipi silisyum kristalin yüzeyinde oluşan alaşımlar etanol ile temizlenmiştir. Her daldırma işleminden sonra, örnekler 5 dakika boyunca 300 0 C de ara tavlama işlemine tabi tutulmuştur. Sb katkılı TiO2 ile kaplanmış n-tipi Si nin ön yüzeyine, doğrultucu bir kontak elde etmek için, yüksek bir vakum ve 10-7 Torr basınç altında, gölgeli bir maske kullanılarak yüksek saflıkta altın tabakası (99.9%) termal olarak buharlaştırılmıştır. Doğrultucu nokta kontaklar yaklaşık 1.0 mm çapında dairesel bir geometriye sahiptir (diyot alanı =7.85x10-3 cm 2 ). Böylece Sb katkılı TiO2/n-Si MIS diyot elde edilmiş ve bu diyotun akım-voltaj (I-V) karakteristikleri Keithley 4200 - SCS yarıiletken karakterizasyon sistemi ile incelenmiştir. 3. TARTIŞMA MIS yapılarda termoiyonik emisyon (TE) teorisine göre doğru beslemde akım denklemi ( V D 1 için) [12], qvd qvd I Isexp 1 Isexp nkt nkt (1) ile verilir. Burada n idealite faktörü, VD (VD=V-IR) diyot üzerinden geçen gerilim, q / kt ve Is ln ( I) V grafiğinin lineer kısmının akım eksenini sıfır voltajda kestiği noktadan bulunan doyum akımı olup, I AA T exp( ) I exp( ) (2) * 2 s bo 0 bo ile tanımlanır. Burada, b0 engel yüksekliği, A etkin diyot alanı ve A * etkin Richardson sabiti olup n-tipi Si için 112 A cm -2 K -2 [18] değerine sahiptir. Uygulanan gerilim V nin IR kadarlık miktarı seri direnç üzerine düşeceği için V nin VD den IR kadarlık bir değer ile farklı olduğu farzedilir, burada R diyotun seri direnci olarak tanımlanmaktadır. Eşitlik 1 de eşitliğin her iki tarafının da logaritması alınıp yeniden yazıldığında, qvd ln I ln Is nkt (3) ifadesi elde edilir. Buradan idealite faktörünün, 5

SAÜ Fen Edebiyat Dergisi (2011-1) q dv n kt d ln I (4) olduğu görülür. Doğru beslem ln(i)-v grafiğinin lineer bölgesinde eğrinin eğiminden bulunan idealite faktörü, diyotun ideallik ölçüsünü gösteren bir sabit olup, ideal bir diyot için n=1 değerine sahiptir. Eşitlik (4), Eşitlik 1 de yazılırsa engel yüksekliği ifadesi için, q b0 * 2 A. A T kt ln I0 (5) ifadesi elde edilir. Seri direnç değerini ve idealite faktörünü belirlemek için ln(i) V grafiği iyi belirlenmiş bir yöntem olup voltajın kt/q dan büyük ve R nin küçük değerlerinde, bu grafik bir doğru vermektedir. Bu doğrunun eğimi ve voltaj eksenini V=0 da kestiği nokta engel yüksekliğini ve idealite faktörünü hesaplamak için kullanılmaktadır. Şekil 1 de doğrultucu karakteristik gösteren Sb katkılı TiO2/n-Si MIS diyot için yarı logaritmik ln(i)-v grafiği verilmiştir. Eşitlik 4 ve 5 yardımıyla elde edilen idealite faktörü ve engel yüksekliği değerleri sırasıyla 2.79 ve 0.68 ev dur. Ayrıca ln(i)-v grafiğinden diyotun seri direnç değeri de 4118 olarak hesaplanmıştır. 6

I (A) SAÜ Fen Edebiyat Dergisi (2011-1) 1x10-3 1x10-4 Ln(I) - V D n = 2.56 b,0 = 0.62 ev R s = 2756 1x10-5 Ln(I) - V n = 2.79 b,0 = 0.68 ev R s = 4118 1x10-6 Ln (I) - V Ln (I) - V D 1x10-7 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 V (Volt) Şekil 1. Sb katkılı TiO2/n-Si MIS diyotun oda sıcaklığında akım-voltaj karakteristiği. Şekil 1 de görüldüğü gibi seri direnç etkisi göz önünde bulundurularak çizilen ln(i)-vd grafiğinden elde edilen idealite faktörü, engel yüksekliği ve seri direnç değerleri sırasıyla; 2.56, 0.62 ev ve 2756 dur. Yapının ideallikten saptığını gösteren, idealite faktörünün birden büyük çıkmasının sebepleri bariyer yüksekliğindeki homojensizlik, seri direnç etkisi, yalıtkan tabaka veya arayüzey durumları olabilir [18-20]. Şekil 1 de de açıkca görüldüğü gibi, seri direnç etkisinin hesaba katılması ile idealite faktörü ve engel yüksekliği gibi elektriksel parametreler değişmektedir. Ayrıca, seri direnç etkisinin yüksek voltajlarda etkili olduğu da açıkca görülmektedir. Seri direnç değerinin artması, ln(i) V grafiğinde lineer bölge idealite faktörü ve engel yüksekliğinin doğru olmayan ölçümlere kaymasına sebep olmaktadır. Bu zorluğun üstesinden gelmek için, Norde [11] fonksiyonun minimumunu bularak n=1 ile bir diyotun durumu için modifiye edilmiş bir yöntem geliştirmiştir. 7

SAÜ Fen Edebiyat Dergisi (2011-1) 1 F( V ) 0.5V ln I V I0 Norde metodunun dezavantajları: 1) n=1 olarak kabul edilmesi ki bu gerçek bir diyot için her zaman doğru değildir, 2) engel yüksekliğini hesaplamak için F(V) nin minimumunun yakınındaki tek bir veri noktası vardır şeklinde sıralanabilir. Bu iki durum sonuçlardaki istatistiksel hataların artmasına sebep olmaktadır. Yapının arayüzey durumlarının varlığından ve imaj kuvvetinin azalmasından etkilenmesi, katkılama miktarına bağlı olarak TE den başka bir taşıyıcı iletiminin de baskın olabilmesi ve bariyer yüksekliğindeki homojensizlik gibi çeşitli sebeplerden dolayı n=1 varsayımı her zaman uygun olmayabilir. Norde yönteminden yola çıkılarak idealite faktörü 1 den büyük olan diyotlar için de kullanılabilecek olan, seri direnç değerini hesaplamak ve bu R değerini kullanarak idealite faktörünü elde etmek için Lien ve ark. [12] tarafından bir yöntem öne sürülmüştür. Bu yöntem, I ya karşı ( V D 1 için) birkaç Norde tipi fonksiyonun çizilmesi ve farklı a değerleri için verilen bölgede n a her Fa nın minimum noktalarının bulunmasıyla seri direnç değerinin elde edilmesine dayanmaktadır. (6) ( ) / 1 ln IV ( ) Fa V V a I0 (7) V nin I nın monoton bir fonksiyonu olmasından dolayı Fa, I nın bir fonksiyonu olarak görülebilir, yani Ga(I) = Fa(V) yazılabilir. Ga(I) yerine, Fa(V) yi daha çok göz önünde bulundurmak daha uygundur, çünkü Eşitlik 9, V yi değil I değerini içermektedir. Şekil 2 de görüldüğü gibi Ga(I) (her a değeri için n a ), Ga(I)/dI = 0 (I=Ia olduğu farzedilirek) olduğunda görülen bir minimuma sahiptir. Örneğin, dga ( Ia ) 1 dva 1 0 (8) di a di I a a a 8

G a (V) SAÜ Fen Edebiyat Dergisi (2011-1) 0.32 0.28 0.24 0.2 0.16 0.12 0.08 a=3.0 a=3.2 a=3.4 a=3.6 a=3.8 a=4.0 0x10 0 4x10-5 8x10-5 1x10-4 2x10-4 2x10-4 I (A) Şekil 2. Sb katkılı TiO2/n-Si MIS diyotun farklı a değerleri için Ga-I grafiği Eşitlik 1 ve 8 birlikte yazıldığında, I a 1 n a R R (9) olur. Şekil 2 de farklı a değerleri için çizilen Ga-I grafiğinin minimumundan elde edilen Ia değerleriyle Şekil 3 deki Ia- a / grafiği çizilir. Eşitlik 9 dan da açıkca görüldüğü gibi Ia nın a ya karşı grafiği bir doğru vermektedir. Bu doğrunun eğimi R değerini elde etmek için kullanılmaktadır, ayrıca doğrunun y eksenini Ia=0 da kestiği nokta n değerini vermektedir. 9

I a (A) SAÜ Fen Edebiyat Dergisi (2011-1) 0.11 Y = 670.8317064 * X + 0.0745006638 Rs = 670 n = 2.88 0.1 0.09 0.08 0.07 5x10-6 1x10-5 2x10-5 3x10-5 4x10-5 a / (V) Şekil 3. Sb katkılı TiO2/n-Si MIS diyotun I a/ eğrisi a Şekil 3 deki grafiğin eğiminden seri direnç değeri, kesim noktasından da idealite faktörü sırasıyla 670 ve 2.88 olarak elde edilmiştir. Bu modelde a nın birden fazla farklı değerlerinin kullanılmasının avantajı, I-V karakteristiğinin veri nokta aralığının genişletilerek kullanılmasıdır. Bu grafik aynı zamanda, gerçek bir diyotun, sabit dirençli seri bağlı tamamen üstel bir karakteristik diyot olarak tasarlanabilirliğini test etmektedir. I-V karakteristiklerinden ve Lien-So-Nicolet metodundan elde edilen idealite faktörü değerlerinin birbiri ile uyum içerisinde olduğu fakat I-V karakteristiklerinden hesaplanan seri direnç değerinin, Lien-So-Nicolet metodundan elde edilen değere göre çok büyük olduğu görülmektedir. Bunun sebebi I-V karakteristiklerinin diyotun ileri beslemde lineer olmayan bölgelerinde geçerli olurken, Lien-So-Nicolet metodunun ileri beslemin tüm bölgelerinde geçerli olmasından kaynaklanmaktadır. [15,21] 10

SAÜ Fen Edebiyat Dergisi (2011-1) 4. SONUÇ Sonuç olarak, Au/Sb katkılı TiO2/n-Si MIS diyotun idealite faktörü (n), engel yüksekliği b0 ve seri direnç Rs gibi temel elektriksel parametreleri standart I-V karakteristiği ve Lien-So-Nicolet yöntemleriyle belirlenmiş ve seri direncin elektriksel özellikler üzerinde etkili olduğu gözlenmiştir. Seri direnç etkisi göz önünde bulundurulduğunda elde edilen idealite faktörü, engel yüksekliği ve seri direnç gibi temel elektriksel parametrelerin hepsinde bir miktar düşüş olduğu gözlenmiştir. Bu nedenle temel karakteristik parametreler hesaplanırken seri direnç etkisi mutlaka dikkate alınmalıdır. Aksi takdirde, ölçülen ve bu ölçülerden hesaplanan hemen hemen tüm karakteristik parametrelerin doğruluğu ve güvenirliliği azalmaktadır. Özellikle büyük seri direnç değerlerinde standart lnl-v grafiğinin değerlendirilmesi daha karışık bir hal almakta ve ideal durumdan sapmalar göstermektedir. Bundan dolayı, sonuçların doğruluğunu arttıran R değerini hesaplamak için lineer bir dönüşümün yapılabildiği ve n=1 varsayımının olmadığı Lien-So-Nicolet metodunun kullanılması daha doğru ve güvenilir sonuçlar verebilir. 5. KAYNAKLAR [1] Sönmezoğlu (S)., Ateş Sönmezoğlu (Ö)., Çankaya (G)., Yıldırım (A)., Serin (N)., Electrical Characteristics of DNA Based Metal-Insulator- Semiconductor Structures, J. Appl. Phys., 107, 124518-6, 2010. [2] Dragoman (M)., Cismaru (A)., Hartnagel (H)., Plana (R)., Reversible Metal-Semiconductor Transitions for Microwave Switching Applications, Appl. Phys. Lett., 88, 073503-3, 2006. [3] Sung (K T)., Li (W Q)., Li (S H)., Pang (S W)., Bhattacharya (P K)., Application of High-Quality SiO2 Grown by Multipolar ECR Source to Si/SiGe MISFET, Electron. Lett., 29, 277-278, 1993. [4] Alfieri (D)., Almaviva (S)., De Sio (A)., Donato (M G)., Faggio (G)., Giannini (A)., Messina (G)., Morgante (S)., Pace (E)., Santangelo (S)., Scuderi (S)., Tripodi (P)., Single-Crystal Diamond MIS Diode for Deep UV Detection, Radiat Effect Defect Solids, 165, 737 745, 2010. 11

SAÜ Fen Edebiyat Dergisi (2011-1) [5] Wang (Q)., High-Efficiency Hydrogenated Amorphous/Crystalline Si Heterojunction Solar Cells, Phil Mag., 89, 2587-2598, (2009). [6] Sönmezoğlu (S)., Şenkul (S)., Taş (R)., Çankaya (G)., Can (M)., Electrical Characteristics of an Organic Thin Copolymer/p-Si Schottky Barrier Diode, Thin Solid Films, 518, 4375-4379, 2010. [7] Sönmezoğlu (S)., Durmuş (C B)., Taş (R)., Çankaya (G)., Can (M)., Fabrication and Electrical Characterization of Pyrrole Aniline Copolymer- Based Schottky Diodes, Semicond. Sci. Technol., 26, 055011-6, 2011. [8] Sönmezoğlu (S)., Şenkul (S)., Taş (R)., Çankaya (G)., Can (M)., Electrical and Interface State Density Properties of Polyaniline Poly-3- Methyl Thiophene Blend/p-Si Schottky Barrier Diode, Solid State Sci., 12, 706-711, 2010. [9] Aubry (V)., Meyer (F)., Schottky Diodes with High Series Resistance : Limitations of Forward I-V Methods J. Appl. Phys. 76, 7973-7983, 1994. [10] Yalçın (N)., Ag/p-Si Schottky Diyot Yapısının Bazı Parametrelerinin Tayini, Erc. Üni. Fen. Bil. Derg.,5, 790-798, 1989. [11] Norde (H)., A Modified Forward I-V Plot for Schottky Diodes With High Series Resistance, J. Appl. Phys., 50, 5052-5053, 1979. [12] Lien (C D)., So (F C T)., Nicolet (M A)., An Improved Forward I-V Method for Nonideal Schottky Diodes with High Series Resistance, IEEE Trans- Electron Devices, 31, 1502-1053, 1984. [13] Sato (K)., Yasamura (Y)., Study of Forward I-V Plot for Schottky Diodes with High Series Resistance, J. Appl. Phys., 58, 3655-3657, 1985. [14] McLean (A B)., Limitations to the Norde I-V Plot, Semicond. Sci. Technol., 1, 177-179, 1986. [15] Cibils (R M)., Buitrago (R H)., Forward I-V Plot for Nonideal Schottky Diodes with High SeriesResistance, J. Appl. Phys., 58, 1075-1077, 1985. 12

SAÜ Fen Edebiyat Dergisi (2011-1) [16] Bohlin (K E)., Generalized Norde Plot Including Determination of the Ideality Factor, J. Appl. Phys., 60, 1223-1224, 1986. [17] Kern (W)., Handbook of Semiconductor Cleaning Technology, ( Noyes, Park Ridge, NJ), 1993. [18] Sze (S M)., Physics of Semiconductor Devices, Wiley, NewYork, 1981. [19] Rhoderick (E H)., Williams (R H)., Metal-Semiconductor Contacts, Clarendon, Oxford, 1988. [20] Kwok (K K)., Complete Guide to Semiconductor Devices, McGraw- Hill, New York, 1995. [21] Werner (J H)., "Schottky barrier and p-n junction I/V Plots- Small Signal Evaluation", Appl. Phys. A., 47, 291-300, 1988. 13