Zn tabanlı heteroeklemlerin kapasitans-voltaj karakterizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında, Ultrasonik Kimyasal Püskürtme Tekniği (UKP)kullanılarak p-tipi Si (100) alttaş üzerine n-tipi ZnO biriktirilerek elde edilen n-ZnO/pSiheteroeklemlerin akım-voltaj (I-V) ve kapasite-voltaj (C-V) karakterizasyonlarıyapılmıştır. n-tipi ZnO elde etmek için Zn kaynağı olarak metanol içinde çözünmüşçinko asetat dihidrat (Zn(CH3COO)2 2H2O, ZAD) tuzu kullanılmıştır. ZAD miktarınabağlı olarak 0,04 M – 0,08 M ve 0,1 M başlangıç çözeltileri, 400 oC sabit sıcaklıktakip-tipi Si alttaşlar üzerine taşıyıcı gaz olan hava yardımı ile gönderilmiştir. n-ZnO incefilmlerin film kalınlıkları ve optik band aralıkları gibi optik sabitleri optik geçirgenlikspektrumları kullanılarak belirlenmiştir.Eklemlerin ileri besleme durumunda akım-voltaj karakterizasyonu ile idealitefaktörü belirlenmiştir. 0,04 M ve 0,08 M ZAD içeren eklemler için düşük voltajdeğerlerinde idealite faktörü 2 civarında iken 0,1 M ZAD içeren örnek için bu değerdendaha yüksek değerler gözlenmiştir. Bütün örnekler için C-V ölçümlerinde artan frekansile kapasitans değerlerinde azalma gözlenmiştir. Ters besleme voltajı altında C-fdeğişimleri dikkate alındığında, düşük frekanslarda (1 kHz) gözlenen tepe noktası, artanfrekans ile (10 kHz) düşük voltaj değerlerine kaymaktadır. Ancak, beklendiği gibifrekans arttıkça örneklerin kapasitans değerlerindeki değişim azalmakta ve C-Vdeğişiminde pik gözlenmemektedir. Bununla beraber artan ZAD miktarı ile C-fspekturumunda gözlenen tepe noktası daha düşük ters voltaj değerlerine doğru hareketetmektedir. Sıcaklığa bağlı C-V değişimleri incelendiğinde ise düşük sıcaklıklarda(~200 K), voltajdan bağımsız sabit olan C değerleri, sıcaklık artışı ile artmakta ve ikieğimli doğrusal davranış sergilemektedir.Çalışmada başlangıç çözelti konsantrasyonunun, heteroeklemin elektirikselözelliklerine etkisi de incelenmiştir. Çözelti konsantrasyonları değiştirilerek, daha genişbir aralığın taranması ve farklı elektriksel kontakların eklemin elektrikselkarakteristiğine etkisi ayrıntılı bir şekilde incelenmelidir.Anahtar Kelimeler: Saydam iletken Oksit, Çinko Oksit, Ultrasonik Kimyasal PüskürtmeTekniği, Heteroeklem, C-V Karakterizasyonu

In this thesis, the current-voltage (I-V) and capacitance-voltage (C-V)characterization of n-ZnO/p-Si heterojunctions formed with n-ZnO and p-Si (100)substrates by using Ultrasonic Spray Pyrolsis Technique (USP) were carried out. Inorder to obtain n-ZnO thin films, zinc-acetate dihydrate (Zn(CH3COO)2 2H2O, ZAD)dissolved in methanol was used as a source of zinc. The precursor solutions withdifferent molarities such as 0.04 M, 0.08 M and 0.1 M were sprayed onto the p-Sisubstrate held at 400 C. Compressed air was used as the carrier gas. The thicknesses ofn-ZnO thin films, optical band gap and other optical constants were determined bymeans of optical transmission spectra.The ideality factors were determined from the forward-biased characteristic ofthe heterojunctions. The ideality factor of heterojunctions containing 0.04 M and0.08 M ZAD were found to be approximately 2 at low voltage regime. However, theideality factor of heterojunction containing 0.1 M ZAD is higher than the otherheterojunctions. Considering C-V measurement, capacitance values are decreased withincreasing frequency for the all of the samples. Under reverse bias, the peak observed inthe C-f spectrum at low frequency such as 1 kHz shifted to low voltage with increasingfrequency. However, as expected, the capacity change of the samples decreases withincreasing frequency and the peak observed in the spectrum is disappeared. When theamount of zinc increased in the precursor solution, the peak observed in C-f spectrum ismoving towards to the lower reverse voltage value. Taking into account of temperaturedependent C-V measurements, the capacitance value is independent of reverse biasvoltage and it seems to be constant at low temperatures (~ 200 K). However, C valuesincrease with increasing temperature and exhibit a linear behavior that is having twoslope.In this study, the effects of starting solution onto the electrical properties of theheterojunction were also examined. However, how the concentration and electricalcontact materials are effecting electrical properties of the heterojunction sholud beinvestigated for the different values of starting solution molarity.