Al/PVA (Zn-katkılı)/p-Si (MPS) Yapılarda Organik Arayüzey Tabaka Kalınlığının ve Seri Direncin C-G/-V Karakteristikleri Üzerine Etkisi

Bu çalışmada, 50 ve 150 nm kalınlıklarına sahip (Zn-katkılı PVA) polimer ara yüzey tabakalıAl/p-Si (MPS) yapıların elektriksel özellikleri, kapasitans-kondüktans-voltaj (C-G/-V) ölçümmetodu kullanılarak frekansa bağlı incelendi. C-G/-V ölçümleri -3.5/+5.5 V aralığında 50 mVadımlarla 2kHz, 20kHz ve 200kHz frekanslarında oda sıcaklığında alındı. Ters öngerilim C-2-Vgrafiklerinin lineer kısmının kesim noktası ve eğimlerinden faydalanılarak; difüzyon potansiyeli(VD,) alıcı katkı atomlarının yoğunluğu (NA), Fermi enerji (EF) seviyesi, tüketim tabakasınınkalınlığı (WD) ve potansiyel engel yüksekliği (B) gibi temel elektriksel parametreler hemfrekansa hem de kalınlığa bağlı olarak elde edilerek karşılaştırıldı. Bu parametrelerin tümüoldukça hem organik arayüzey tabakasının kalınlığına hem de frekansa bağlı değişiklikgöstermektedir. Ayrıca Nicollian ve Brews metodu kullanılarak bu yapıların direnci (Ri) vedüşük-yüksek frekans (CLF-CHF) kapasitans metodu kullanılarak da arayüzey durumlarının (Nss)voltaja bağlı değişim profilleri elde edildi. Seri direnç (Rs) etkisinin hangi bölge ve frekanstadaha etkin olduğunu belirlemek için yapıların ölçülen C-G/-V eğrileri Rs değeri dikkatealınarak düzeltildi. Elde edilen deneysel sonuçlar hem polimer arayüzey tabaka kalınlığının hemde Rs ve Nss değerlerinin C-G/-V ölçümleri üzerinde oldukça etkili olduğu gözlendi.

The Effect of Organic Polymer Interfacial Layer Thickness and Series Resistance C-G/-V Characteristics in Al/PVA (Zndoped)/p-Si (MPS) Structure

In this study, the electrical properties of polymer interfacial layer Al/p-Si (MPS) with thickness of 50 and 150 nm (Zn-doped PVA) were investigated in terms of frequency using the capacitance- conductance-voltage (C-G/-V) measurement methods. C-G/-V measurements were taken at room temperature at frequencies of 2kHz, 20kHz and 200kHz in the range of -3.5 / + 5.5 V with 50 mV steps. Utilizing the cut-off point and slope of the linear part of the reverse biased C-2 -V graphics; basic electrical parameters such as the values of diffusion potential (VD), doping concentration of acceptor atoms (NA), Fermi energy level (EF), depletion layer width (WD) and barrier height (ΦB) were obtained and compared based on both frequency and thickness. These parameters are highly dependent on both the thickness of organic interface layer and frequency. In addition, voltage-dependent change profiles of interface states (Nss) and the resistance (Ri ) were obtained using low-high frequency (CLF-CHF) capacitance method and the Nicollian and Brews method of these structures using, respectively. To determine which region and frequency of the series resistance (Rs ) effect is more effective, measured C-G/-V curves were corrected considering Rs value. Obtained experimental results were observed to be very effective on the C-G/-V of the polymer interfacial layer thickness and Rs and Nss values.

PDF

___

O. Çiçek, H. Uslu Tecimer, S.O. Tan, H. Tecimer, Ş. Altındal, İ. Uslu, Evaluation of electrical and photovoltaic behaviours as comparative of Au/n-GaAs (MS) diodes with and without pure and graphene (Gr)-doped polyvinyl alcohol (PVA) interfacial layer under dark and illuminated conditions. Composites Part B, 98 (2016) 260-268.
O. Çiçek, H. Uslu Tecimer, S.O. Tan, H. Tecimer, İ. Orak, Ş. Altında, Synthesis and characterization of pure and graphene (Gr)-doped organic/polymer nanocomposites to investigate the electrical and photoconductivity properties of Au/n-GaAs structures. Composites Part B, 113 (2017) 14-23.
H. Uslu Tecimer, M.A. Alper, H. Tecimer, S.O. Tan, Ş. Altındal, Integration of Zn-doped organic Polymer Nanocomposites Between Metal Semiconductor Structure to Reveal the Electrical Qualifications of The Diodes. Polymer Bulletin, https://doi.org/10.1007/s00289-018-2274-5 (2018).
H. Tecimer, T. Tunç, Ş. Altındal, Investigation of photovoltaic effect on electric and dielectric properties of Au/n-Si Schottky barrier diodes with nickel (Ni)-zinc (Zn) doped organic interface layer. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 29 (2018) 3790-3799.
H. Tecimer, S.O. Tan, Ş. Altındal, Frequency-Dependent Admittance Analysis of the MetalSemiconductor Structure With an Interlayer of Zn-Doped Organic Polymer Nanocomposites. IEEE Transactions on Electron Devices, 65 (2018) 231-236.
S. Altındal Yerişkin, Arayüzey tabakalı metal/yarı iletken (MS) yapıların hazırlanması ve elektriksel ile dielektrik özelliklerinin geniş frekans ve voltaj aralığında incelenmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi (2017).
H. G. Çetinkaya, Ş. Altındal, I. Orak, I. Uslu, Electrical characteristics of Au/n-Si (MS) Schottky Diodes (SDs) with and without different rates (graphene+Ca1.9Pr0.1Co4Ox doped poly(vinyl alcohol)) interfacial layer. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 28 (2017) 7905-7911.
E. E. Tanrıkulu, S. Demirezen, Ş. Altındal, İ. Uslu, On the anomalous peak and negative capacitance in the capacitance–voltage (C-V) plots of Al/(%7 Zn-PVA)/p-Si (MPS) structure. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 29 (2018) 2890-2898.
İ. Taşçıoğlu, Ö. Tüzün Özmen, H.M. Şabanoğlu, E. Yağlıoğlu, Ş. Altındal, Frequency Dependent Electrical and Dielectric Properties of Au/P3HT:PCBM:F4-TCNQ/n-Si Schottky Barrier Diode. Journal of Electronic materials, 46 (2017) 2379-2386.
S.A. Yerişkin, M. Balbaşı, İ. Orak, Frequency dependent electrical characteristics and origin of anomalous capacitance-voltage (C-V) peak in Au/(graphene doped PVA)/n-Si capacitors. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 28 (2017) 7819-7826.
H. Uslu, Au/(Co, Zn-Katkılı) Polivinil Alkol/n-Si Schottky Engel Diyotlarının Hazırlanması Ve Elektriksel Özelliklerinin Aydınlatma Şiddetine Bağlı İncelenmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi (2010).
E.H. Nicollian, J.R. Brews, MOS Physics and Technology. John Wiley & Sons, New York, 40-175, 222-226, 423-439 (1982).
S.M. Sze, K.Ng Kwok, Physics of Semiconductor Devices. 3rd ed.”, John Wiley & Sons, New Jersey, 362-390 (2007).
M. Yıldırım, The effect of interlayer thickness on frequency dependent electrical characteristics of Al/p-Si Schottky barrier diodes with Bi4Ti3O12 interlayer. Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, 6 (2016) 406-411.
M. Sharma, S.K. Tripathi, Frequency and voltage dependence of admittance characteristics of Al/Al2O3/PVA/n-ZnSe Schottky barrier diodes. Materials Science and Semiconductor Processing, 41 (2016) 155-161.
S. Demirezen, Au/(PrBaCoO nanofiber)/n-Si Yapılarda Seri Direnç ve Arayüzey Durumlarının Frekans ve Gerilime Bağlı Dağılım Profillerinin Farklı Metotlarla Elde Edilmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi: Part C, 5 (2017) 167-176.
A. Tataroğlu, A. A. Al-Ghamdi, F. El-Tantawy, W. A. Farooq, F. Yakuphanoğlu, Analysis of interface states of FeO-Al2O3 spinel composite film/p-Si diode by conductance technique. Applied Physics A, 122 (2016) 220(1-6).
B. Kınacı, MS Yapısında Ara Yüzey Durumları ve Seri Dirence Bağlı Sıcaklık ve Frekansın Elektriksel Karakterizasyonlar Üzerine Etkisi. Journal of Polytechnic, 20 (2) (2017) 313-318.
Ç. Bilkan, Ş. Altındal. Investigation of the C-V characteristics that provides linearity in a large reverse bias region and the effects of series resistance, surface states and interlayer in Au/n-Si/Ag diodes, Journal of Alloys and Compounds 708 (2017) 464-469.
Ç. Bilkan, Ş. Altındal, Y.S. Azizian. Investigation of frequency and voltage dependence surface states and series resistance profiles using admittance measurements in Al/p-Si with Co3O4- PVA interlayer structures. Physica B, 515 (2017) 28-33.