Zn/n-Si/Au-Sb ve Zn/ZnO/n-Si/Au-Sb Schottky diyotların elektriksel karakteristikleri üzerine farklı enerji ve dozlardaki elektron ve gama radyasyonlarının etkilerinin karşılaştırmalı olarak incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında diyotları üretmek için altlık olarak (100) yönelimli ve 400 μm kalınlıklı ve 1-10 Ωcm özdirence sahip n–tipi Si yarıiletkeni kullanılmıştır. n-Si yarıiletkeni kimyasal olarak temizlendikten sonra, 10-6 torr vakumda mat yüzey üzerine önceden hazırlanan Au-Sb alaşımı buharlaştırılıp 425 ºC' de 3 dakika tavlanarak omik kontak elde edilmiştir. Daha sonra çalışmanın amacı dikkate alınarak Au-Sb omik kontaklı n-Si yarıiletkeni elmas kalem yardımıyla 12 parçaya bölünmüştür. Bu parçalardan 6 tanesinin diğer temiz ve parlak yüzeyi üzerine vakumda DC magnetron püskürtme (sputtering) metoduyla ve 1 mm çaplı dairesel maskeler kullanılarak Zn metali püskürtülerek referans diyotlar üretilmiştir. Bu işlemler sonucunda aynı şartlar altında 6 adet Zn/n-Si/Au-Sb referans diyotları elde edilmiştir. Diğer 6 adet Au-Sb omik kontaklı n-Si yarıiletkenlerinin temiz ve parlak yüzeyleri üzerine ise aynı şartlar altında radyo ferekans magnetron püskürtme tekniği ile ZnO ince filmleri büyütülmüştür. Büyütülen filmlerin yapısal ve yüzeysel özellikleri XRD, SEM ve AFM teknikleri ile incelenmiştir. ZnO ince filmlerin n-Si' nin yüzeyini tamamen kapladığı, hemen hemen homojen olduğu ve polikristal özellik gösterdiği tespit edilmiştir. Daha sonra üzerlerinde ZnO ince filmleri bulunan bu 6 adet Au-Sb alaşımlı n-Si yarıiletkenleri vakumda DC magnetron püskürtme metoduyla ve 1 mm dairesel çaplı maskeler kullanılarak, ZnO ince filmleri üzerine Zn metali püskürtülerek Zn/ZnO/n-Si/Au-Sb diyotları elde edilmiştir. Üretilen 6 adet referans Zn/n-Si/Au-Sb ve 6 adet ZnO arayüzeyli Zn/ZnO/n-Si/Au-Sb diyotlarının oda sıcaklığında akım voltaj (I-V) ve kapasite-voltaj (C-V) ölçümleri alınmıştır. Çalışmanın amacı ZnO' nun radyasyon altında çalışan diyotlar üzerindeki koruyucu etkisini ortaya çıkarmak olduğu için, üç adet referans Zn/n-Si/Au-Sb ve üç adet ZnO arayüzey tabakalı Zn/ZnO/n-Si/Au-Sb diyodu 25, 50 ve 75 Gray doza sahip elektron ışınlamasına, diğer üç adet referans Zn/n-Si/Au-Sb ve üç adet ZnO arayüzey tabakalı Zn/ZnO/n-Si/Au-Sb diyodu da baryum, amerisyum ve kobalt gama kaynakları kullanarak, gama ışınlamasına tabii tutulmuştur. Elektron ve gama ışınlamalarından sonra altısı referans ve altısı ZnO arayüzey tabakalı olmak üzere oniki adet diyodun I-V ve C-V ölçümleri oda sıcaklığında ve karanlıkta tekrarlanmıştır. Elektron ve gama ışınlamalarından önce ve sonra alınan I-V ve C-V karakteristiklerinden yararlanarak diyotların idealite faktörleri, engel yükseklikleri ve seri dirençleri gibi karakteristik parametreleri farklı metodlarla hesaplanarak karşılaştırılmıştır. Uygulanan radyasyonla idealite faktörleri artarken, diyotların engel yüksekliklerinin azaldığı tespit edilmiştir. Ancak ZnO arayüzey tabakalı diyotlardaki yüzeyde değişimlerin referans diyotlara göre daha az olduğu görülmüştür.

In this thesis study, n-type Si semiconductors with (100) orientation and 400 μm thickness and 1-10 Ωcm resistivity were used as base to produce diodes. After cleaning the n-Si semiconductor chemically, the Au-Sb alloy prepared on the matte surface in 10-6 torr vacuum was evaporated and annealed at 425 ºC for 3 minutes to obtain the ohmic contact. Then, considering the purpose of working, n-Si/Au-Sb structure is divided into 12 parts with the help of diamond pencil. Reference diodes were produced by spraying Zn metal onto the other clean and shiny surface of 6 pieces by vacuum DC magnetron sputtering method and using 1 mm diameter circular masks. As a result, 6 pieces Zn/n-Si/Au-Sb reference diodes were obtained under the same conditions. On the clean and shiny surfaces of the other 6 pieces Au-Sb ohmic contact n-Si semiconductors, ZnO thin films were grown with the radiofrequency magnetron sputtering technique under the same conditions. Structural and surface properties of the extended films were investigated by XRD, SEM and AFM techniques. It has been found that ZnO thin films completely cover the surface of n-Si, are almost homogeneous and show polycrystalline properties. These 6 Au-Sb alloyed n-Si semiconductors, with ZnO thin films on them, were sprayed with Zn metal on ZnO thin films by using DC magnetron sputtering method and 1 mm circular diameter masks in vacuum and Zn/ZnO/n-Si/Au-Sb diodes have been obtained. Current voltage (I-V) and capacitance-voltage (C-V) measurements were taken for 6 reference Zn/n-Si/Au-Sb and 6 ZnO interfacial Zn/ZnO/n-Si/Au-Sb diodes manufactured at room temperature. Three reference Zn/n-Si/Au-Sb and three ZnO interfacial Zn/ZnO/n-Si/Au-Sb diodes were used for the purpose of studying to reveal the protective effect of ZnO on the diodes working under radiation so these diodes has been subjected to 25, 50 and 75 gray doses of electron irradiation. The other three reference Zn/n-Si/Au-Sb and three ZnO interfacial Zn/ZnO/n-Si/Au-Sb diodes were also gamma irradiated using barium, americium and cobalt gamma sources. After electron and gamma irradiation, twelve diodes, six reference and six ZnO interfacial layers I-V and C-V measurements were repeated at room temperature and in the dark. The characteristic parameters such as ideality factors, barrier heights and series resistances of the diodes were calculated by different methods, taking advantage of the I-V and C-V characteristics taken before and after electron and gamma irradiation. It has been found that the barrier height of the diodes decreases as the ideality factors increase with the applied radiation. However, it has been found that the surface changes in ZnO interfacial diodes are less than those in the reference diodes.