Zns/si heteroeklem diyotların yapısal, elektriksel ve optik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, termiyonik vakum ark yöntemi kullanılarak p-tipi Si alt-taş üzerine ZnS ince film biriktirilerek ZnS/p-Si heteroeklem diyot elde edildi. ZnS ince filmin kristal yapısını ve yüzey morfolojisini belirlemek için X-ışınları kırınımı (XRD) ve Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanıldı. XRD sonuçları, ZnS ince filmin çinko-blend kristal yapıya sahip olduğunu göstermektedir. AFM sonuçlarından, ZnS ince filmin 2,64 nm yüzey pürüzlülük değeri ile oldukça düzgün bir yüzey morfolojisine sahip olduğunu görülmektedir. Filmin optik karakterizasyonu için optik soğurma ve geçirgenlik spektrumları bir cam alt-taş üzerine biriktirilen ZnS ince filmden ölçülmüştür. ZnS ince filmin yasak bant genişliği optik soğurma spektrumundan 3,78 eV olarak hesaplanmıştır. Filmin elektriksel iletkenlik tipi ve yük taşıyıcı yoğunluğu Hall Etkisi ölçümüyle n-tipi ve 3,1x1017 cm-3 olarak ölçüldü. Oda sıcaklığı akım – voltaj ölçümleri karanlık ve ışık altı şartlarında gerçekleştirildi. Işık altında yapılan I-V ölçümlerinden ZnS/p-Si heteroeklem diyotun ışığa duyarlı olduğu görülmektedir. Karanlık I-V ölçümlerinden ZnS/p-Si heteroeklem diyotun mükemmel bir doğrultucu özellik gösterdiği görüldü. Ek olarak, idealite faktörü, bariyer yüksekliği ve seri direnç değerleri karanlık ve ışık altındaki I-V ölçümlerinden sırasıyla, 2,72, 0,72 eV, 3,2 kΩ ve 2,37, 0,68 eV, 2,6 kΩ olarak hesaplandı. Ayrıca, oda sıcaklığı kapasitans – voltaj ölçümleri de ZnS ile p-Si arasındaki eklem ara yüzeyi hakkında ek bilgi edinmek, bariyer yüksekliği ve yük taşıyıcı yoğunluğunu belirlemek için farklı frekanslarda gerçekleştirildi.1,5 MHz'de yapılan ölçümden hesaplanan bariyer yüksekliği değeri 0,82 olarak belirlendi.

In this thesis, ZnS/p-Si heterojunction diode was produced by depositing ZnS thin film on the p-type Si wafer using Thermionic Vacuum Arc method (TVA). To determine the crystal structure and the surface morphology of the ZnS thin film X-ray diffraction (XRD) and Atomic force microscope (AFM) have been used. XRD results showed that the ZnS thin film has zincblende crystalline structure. AFM analysis results showed that the film has a smooth surface morphology with 2,64 nm average surface roughness. For optical characterization of the film, optical absorption and transmission spectra were measured from the ZnS thin film deposited on a glass substrate. The band gap of the ZnS thin film was calculated to be 3,78 eV from the optical absorption spectra. The electrical conduction type and the charge carrier concentration were measured as n-type and 3,1x1017 cm-3 by Hall Effect measurements. Room temperature current - voltage measurements were applied under conditions of illumination and dark. Under illumination I-V measurements showed that the ZnS/p-Si heterojunction diode is light sensitive. And the dark I-V measurements showed that the ZnS/p-Si heterojunction diode has an excellent rectification behavior. In addition, the ideality factor, barrier height and series resistance values were calculated from dark and illuminated I-V measurements as, 2,72, 0,72 eV, 3,2 kΩ and 2,37, 0,68 eV, 2,6 kΩ, respectively. Room temperature capacitance – voltage measurement were also performed in different frequencies to obtain additional information about the junction interface between the ZnS thin film and p-Si wafer, and to calculate the barrier height and charge carrier concentration. The barrier height value which calculated from the measurement at 1,5 MHz is 0,82 eV.