Al/n-Si schottky diyodlarının ideal olmayan I-V, C-V karakteristikleri ve arayüzey hallerinin enerji dağılımı

Abstract

ÖZET Bu çalışmada kullanılan Al/n-Si Schottky diyodlar, 1400 Q-cm özdirençli Si (111) yarıiletkeninin bir yüzüne doğrultuca kontak için Al(% 99.99) ve diğer yüzüne omik kontak için Au-Sb buharlaştırılarak elde edildiler. Diyodiarın doğru beslen ln{l/[1-exp(-eV7kT)]}-V grafiğinin doğru kısmının eğiminden idealite faktörün 'nün değeri 1.46 olarak elde edildi. Ayrıca, C-V ölçümlerinden çizilen C`2 -V grafiği 0-0.5 V aralığında aşağı doğru bükülen bir eğri verdi. Bu durumlar, l-V ve C-V karakteristiklerinin ideal olmadığını gösterir. Bu ideallikten sapma, metal ile Si yarıiletkeni arayüzeyinde bir arayüzey tabakasının varlığını gösterir. C-(Vd+V)-1/2 grafiğinden `artık kapasite` C0'ın değeri elde edilerek, ideal olmayan C`2 -V grafiği linear olan (C-C0)`2 -V grafiğine dönüştürüldü. (C-C0)-2 -V grafiğinin eğiminden ve V ekseni iie kesişiminden ortalama serbest taşıyıcı yoğunluğu Nd ve difüzyon potansiyeli V^ sırasıyla 6.56x1 01 8 m`3 ve 0.36 V olarak bulundu. Böylece etkin engel yüksekliği abc 'nin değeri eV^ + Ep = 0.77 eV olarak hesaplandı. Bunlara ilave olarak, doğru beslem l-V karakteristiklerinden elde edilen Cheung'un fonksiyonları kullanılarak idealite faktörü n ve seri direnç değerleri sırasıyla 1.80 ve 1240 û, 1480 û olarak bulundu. Ayrıca, arayüzey hallerinin yarıiletkenle dengede olduğu farzedildi. Arayüzey hal yoğunluğu Nsb'nin gerilime bağlı değerleri doğru beslem l-V karakteristiklerinden elde edildi. Böylece, arayüzey hallerinin enerji dağılımını veren (Ec - Es)'ye karşı NSD grafiği çizildi. Arayüzey hal yoğunluğu ve enerji dağılımının başka araştırmacılar tarafından verilen sonuçlarla hem biçim hem de mertebe olarak uyum içinde olduğu görüldü.

SUMMARY The Al/n-Si Schottky diodes used in this study were fabricated by evaporating Al (% 99.99) for rectifying contact one face of bulk Si (111) with resistivity 1400 Q-cm (from Wacker Chemitronic) and Au-Sb the other face for ohmic contact. I-V and C-V characteristics of the Al/n-Si diode were obtained from measurements. A value of 1.46 for ideality factor n was found from slope of the linear partion of the forward bias ln{l/[1-exp(-eV/kT)]} vs V plot. Furthermore, a curvature downward was observed in the 0-0.5 V region of the C'2 -V plot. These cases indicate that l-V and C-V characteristics are non-ideal. It was assumed that the non-ideality was caused by interfacial oxide layer of atomic dimensions which exists between the metal-Si interface. Such a layer may be formed during surface preparation or metal evopariton. Non-ideal C`2 -V plot was transformed into the linear (C-C0)`2 -V plot by determining the `excess capacitance` C0 which is the intercept of C- (V£j+V)_1/2 plot. A Value of 0.36 V for diffusion potential Vj was obtained from intercepts of (C-C0)-2 -V plot with V axis. Thus, the effective barrier height e*e was calculated as eVg- + Ep = 0.77 eV. Again, an average value of 6.56 x 1018 m*3 for doping concentration was obtained from the slopes of the (C-C0)~2 -V plot. In addition to those, the values of the ideality factor and the series resistance were found to be 1.80 and 1240 Q, 1480 Q, respectively, by using Cheung's functions derived from forward bias l-V characteristics. In addition, it has been assumed that the interface states which are introduced from interfacial layer are in equilibrium with the semiconductor. The values of NSD as a function of aplied voltage V were obtained from forward bias l-V characteristics. The results of voltage dependence of NSD was converted to a function of Es, it was thus pioted NSD vs (Ec-Es) curve which gives energy distribution of interface states. The interface states and their energy distribution were observed to be in agreement with the results of other authors.