Metal/Si ve metal/Si1-xGex/Si Schottky bariyer diyotlarının elektrik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Schottky bariyer diyotların teknolojik önemine bağlı olarak, bu diyotların akımgerilim ve kapasitans-gerilim karakteristiklerinin anlaşılması oldukça ilgi çekicidir. Schottky bariyer diyotların oda sıcaklığında ölçülmüş akım-gerilim karakteristiklerinin analizi iletkenlik süreci ve ara yüzeyde bariyer oluşumunun doğası hakkında ayrıntılı bilgi vermemektedir. Akım-gerilim karakteristiklerinin sıcaklılığa bağımlılığı, iletkenlik mekanizmasının farklı bir açıdan anlaşılmasını sağlamaktadır. Bariyer parametrelerinin yani bariyer yüksekliği ve ideallik faktörlerinin elde edilmesi için iletkenlik süreci hakkında ayrıntılı bilgi gerekmektedir. Bu çalışmada kullanılan n-tipi (100) yönelimine sahip Si0.76Ge0.24 örnekleri silisyum moleküler demet tabakalama yöntemi ile büyütülmüştür. Si0.76Ge0.24 üzerine Platin metali kaplanması ile Schottky eklemler oluşturulmuştur. Fırınlanmamış ve fırınlanmış Pt/Si0.76Ge0.24/n-Si diyotlarının akım-gerilim ve kapasitans-gerilim ölçümleri 100-300K sıcaklık aralığında yapılmıştır. Bu ölçümlerden bariyer yükseklikleri hesaplanmış ve sonuçlar Pt/n-Si örnekleri ile karşılaştırılmıştır. Cr/p-Si ve Pt/Si0.76Ge0.24/n-Si Schottky bariyer diyotların elektriksel karakteristikleri 100-300K sıcaklık aralığında ölçülmüştür. Isısal yayılım kuramına dayanan akım-gerilim analizleri sonucunda düşük sıcaklıklarda görünür bariyer yüksekliğinde anormal bir azalma ve ideallik faktöründe de bir artış açığa çıkmıştır. Bu anormalliklerin metal-yarıiletken ara yüzeyinde ortaya çıkan bariyer yüksekliklerindeki homojensizlikten kaynaklandığı görülmüştür. Böylece bariyer yüksekliklerinin Gauss dağılımı ile ısısal yayılım kuramına dayanarak, Cr/p-Si ve Pt/Si0.76Ge0.24/n-Si Schottky bariyer diyotların akım-gerilim karakteristiklerinin sıcaklılığa bağımlılığının başarılı bir şekilde açıklanabileceği sonucuna varılmıştır.

Due to technological importance of Schottky barrier diodes, a full understanding of the nature of their current-voltage and capacitance-voltage characteristics is of great interests. Analysis of the current-voltage characteristics of a Schottky barrier measured only at room temperature has not given detailed information about the conduction process and the nature of barrier formation at the metal-semiconductor interface. The temperature dependence of the current-voltage characteristics allows us to understand from different aspects of conduction mechanisms. The detailed knowledge of the conduction process is essential to extract barrier parameters, namely the barrier height and ideality factor. The n-type (100) oriented Si0.76Ge0.24 samples used in this work were grown by silicon molecular beam epitaxy. The formation of Schottky junction has made by Platin deposition on Si0.76Ge0.24. The electrical properties of both unannealed and annealed Pt/Si0.76Ge0.24/n-Si samples were studied by current-voltage and capacitance-voltage characteristics obtained. The measurements have been done in a temperature range of 100-300K and Schottky barrier heights have been determined. Also, these results have been compared with the Pt/n-Si sample. The electrical characteristics of Cr/p-Si (100) and Pt/Si0.76Ge0.24/n-Si Schottky barrier diodes have been measured in the temperature range of 100-300K. The currentvoltage analysis based on thermionic emission theory has revealed an abnormal decrease of apparent barrier height and increase of ideality factor at low temperature. It is demonstrated that these anomalies result due to the barrier height inhomogeneities prevailing at the metal-semiconductor interface. Hence, it has been concluded that the temperature dependence of the current-voltage characteristics of the Cr/p-Si and Pt/Si0.76Ge0.24/n-Si Schottky barrier diodes can be successfully explained on the basis of thermionic emission mechanism with a Gaussian distribution of the barrier heights.