AlxGa1-xN`a dayalı devre elemanı üretimi ve elektriksel karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada farklı Al mol kesirli (x=0.09 ve 0.20) AlxGa1-xN alttaşlar kullanılarak Ni/AlGaN Schottky diyotlar üretildi. Kontak desenleri fotolitografi işlemiyle, omik ve Schottky kontak metalizasyonu ise termal buharlaştırma ve dc manyetik saçtırma yöntemleriyle gerçekleştirildi. Diyotların oda sıcaklığında ve karanlıkta akım-gerilim, kapasitans-gerilim ve kapasitans-frekans ölçümleri yapıldı. Üretilen Schottky diyotların engel yüksekliği ve idealite faktörü değerleri termoiyonik emisyon teorisi kullanılarak doğru beslem akım-gerilim karakteristiklerinden elde edildi. Diyotların 200 Hz-2 MHz aralığındaki farklı frekanslarda C-V ölçümleri kullanılarak Hill-Coleman metodu ile arayüzey hal yoğunluğu ve seri direnç değerleri bulundu. Farklı dc gerilimlerinde (0.00 V-2.00 V) C-f ölçümleri kullanılarak kondüktans metodu ile de arayüzey hal yoğunluğu ve bu hallerin zaman sabitleri belirlendi. Diyotların sıcaklığa bağlı akım-gerilim karakteristikleri yardımıyla akım-iletim mekanizması açıklanmaya çalışıldı. I-V-T grafiklerinin analizinden, artan sıcaklıkla engel yüksekliğinin arttığı ve idealite faktörünün azaldığı görüldü. Deneysel olarak gözlenen bu davranış engel yüksekliğinin homojensizlik modeli dikkate alınarak değerlendirildi. Ayrıca, üretilen diyotların karakteristik parametrelerini iyileştirmek için termal tavlama işlemi yapıldı. Kontakların tavlama işlemi ile elektriksel karakteristikleri ve kimyasal kompozisyonundaki değişim XPS derinlik profili analizi ile incelendi.Anahtar Kelimeler: AlGaN, Schottky diyot, I-V ölçümleri, C-V ölçümleri, C-f ölçümleri, Schottky engel homojensizliği, İkili Gauss dağılımı, Richardson grafiği, Richardson sabiti, XPS ölçümleri, Derinlik profili, TLM metodu, Tavlama.

Ni/AlGaN Schottky diodes were fabricated by using the conventional photolithographic technique for the contact pattern formation and thermal evaporation and dc magnetron sputtering for the contact metallization on the AlxGa1-xN substrate with the different Al mole fractions (x= 0.09 and 0.20).The current-voltage, capacitance-voltage and capacitance-frequency measurements of diodes were carried out at room temperature and in dark. The values of the ideality factor and the barrier height were obtained via thermionic emission theory from the forward bias I-V characteristics. The interface state densities at the metal/semiconductor interface were found by using Hill-Coleman method from C-V measurements at different frequencies in the range of 200Hz-2 MHz. Also the interface state density and time constant were determined by using conductance method from C-f measurements at different dc voltages (0.00V-2.00V). The current-conduction mechanism was investigated with the help of the temperature-dependent current-voltage characteristics of the diodes. It was found from the analysis of the I-V-T curves that the ideality factor decreases while the barrier height increases with increasing temperatures. The observed behavior was evaluated taking into account the barrier height inhomogeneities model. Furthermore the thermal annealing was performed to improve the characteristic parameters of the diodes. The variations in the chemical composition of the contacts with the annealing process were examined by XPS depth profile analysis.Keywords: AlGaN, Schottky diode, I-V measurement, C-V measurement, C-f measurement, Schottky barrier inhomogeneity, Double Gaussian distribution, Richardson plot, Richardson constant, XPS measurement, Depth profile, TLM method, Annealing.