p-n Eklemlerde safsızlık yoğunluklarının eklem parametrelerine bağlılığı

Abstract

Ill ÖZET Yüksek Lisans Tezi p-n EKLEMLERDE EKLEM PARAMETRELERİNİN SAFSIZLIK YOĞUNLUKLARINA BAĞLILIĞI Ali YILMAZ Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Anabilim Dalı Danışman: Yrd. Doç. Dr. Haluk ŞAFAK 1998, 54 Sayfa Jüri: Yrd. Doç. Dr. Haluk ŞAFAK Bu çalışmada p-n eklemlerdeki safsızlık taşıyıcı yoğunlukları ile eklem parametreleri arasındaki ilişki incelenmiştir. Bu amaçla önce, p-n ekleme ilişkin temel elektrostatik yaklaşımlar ve eklem istatistiği teorisi gözden geçirilmiştir. Eklem bölgesindeki geçiş için, dik ve lineer azalan iki tür eklem modeli göz önüne alınmış, ısısal denge durumunda ve dış gerilimin uygulanıp uygulanmaması halleri için ayrı ayrı elektrik alan ve potansiyel fonksiyonları türetilmiştir. Daha sonra tüketim bölgesindeki eklem potansiyeli ve tüketim bölge tanımlarının elektrik alan ve katkı yoğunluklarına bağlılığı incelenmiştir. Üçüncü bölümde, bir p-n eklemde safsızlık yoğunluğu için Fekete tarafından ortaya atılan model ele alınmış ve bu modele dayalı olarak eklem parametreleri ile safsızlık yoğunluktan arasındaki ilişkiler ortaya konulmuştur. Temelde, kapalı formdaki bir yük yoğunluğu ifadesine dayalı olan bu model yardımıyla, bir p-n eklemde katkı yoğunluklarının değişik oranları için eklemin asimetriktik özelliği incelenmiştir. Temel elektrostatik bağıntılar pozitif ve negatif konum değerleri için ayrı ayrı gözden geçirilmiştir. Son bölümde ise, üçüncü bölümde verilen model kullanılarak Silisyum, Germanyum ve Galyum Arsenide için temel eklem fonksiyonlarının safsızlık yoğunlukları ile değişimi grafiksel olarak incelenmiştir. Bu kısımda, elektrik alan, elektrostatik potansiyel, yük yoğunluğu ve toplam safsızlık yoğunluğu belirtilen üç numune için pozitif ve negatif konumlarda grafiksel olarak çizilmiş ve yorumlanmıştır. Ayrıca modelde ortaya atılan k bozulma sabitini ve a-ı asimetrik katsayısını katkı yoğunlukları ile nasıl değiştiği araştırılmıştır. Elde edilen sonuçların literatür ile uyumlu olduğu görülmüştür. Anahtar kelimeler: p-n eklem, tüketim bölgesi, safsızlık yoğunlukları

IV ABSTRACT MS Thesis THE DEPENDENCE OF THE JUNCTION PARAMETERS ON THE IMPURITY DENSITIES IN p-n JUNCTIONS Ali YILMAZ Selçuk University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Physics Supervisor: Ass. Prof. Haluk ŞAFAK 1998, 54 Pages Jury: Ass. Prof. Haluk ŞAFAK In this study, the relations between impurity carrier density and junction parameters are investigated. For this purpose first at all, basic electrostatic approximations and theory of junction statistics are surveyed. Two kinds of junction models, abrupt and linear-graded junctions have been considered, electrical field and potential function in thermal equilibrium and with and without any applied voltage are derived. Later, dependence of junction potential and depletion region width on electrical field and doping densities are investigated. In third chapter, the Fekete's model for impurity densities in p-n junctions are studied and based on this model, the relations between impurity densities and junction parameters are explained. By this model which is based on an closed-for analytical expression for charge density, asymetri properties of junction for various doping densities in a p-n junctionare studied. The essential electrostatic relations are evaluted for positive-negative positions separately. In last chapter, by using the model given in third chapter,the graphical variations of basic junction functions with impurity densities for three semiconductor materials, silicon, germanium and gallium-arsenide are invertigated. In this chapter for theese three materials, in positive and negative positions, electrical field, electrostatical potantial and total impurity densities are plotted and interprested. In addition to this graphical examinations, the k decay constant and a2 asymetry coefficent appeared in Fekete's model are studied by means of doping densities. The result obtained have been seen in agreement with the literature. Key words: p-n junction, depletion region, impurity density