Cr/Si Schottky eklemlerin elektriksel özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Cr/Si metal-yarıiletken (MS) kontaklar, kimyasal olarak temizlenmiş olan n-Si(100) ve p-Si(111) altlıklar üzerine elektron demeti buharlaştırma metodu kullanılarak hazırlandı. Üretilen Cr/Si MS yapıların sıcaklığa bağlı karanlıkta akım-gerilim karakteristikleri alındı ve bu akım-gerilim karakteristiklerinden diyot parametreleri (idealite faktörü, bariyer yüksekliği) ve aktivasyon enerjisi elde edildi. Ayrıca bu eklemlerin oda sıcaklığında aydınlıkta ve karanlıkta akım-gerilim karakteristikleri alınıp fotovoltaik özellikleri incelendi. Cr/Si Schottky diyotların frekansa ve sıcaklığa bağlı kapasitans-gerilim karakteristikleri incelendi ve buradan ND katkılama miktarı ve bariyer yükseklikleri elde edildi. Çalışmanın son aşamasında Cr/Si Schottky diyotların performansını arttırmak için çeşitli sıcaklıklarda (400-500-600ºC) tavlama işlemine tabii tutuldu ve bu işlemin diyotun elektriksel ve fotovoltaik özelliklerine etkisi incelendi. Sıcaklığa bağlı akım-gerilim ölçümlerinden elde edilen bariyer yüksekliği ile kapasitans-gerilim ölçümlerinden elde edilen bariyer yükseklik değerleri kıyaslandı. Bu kıyaslama sonucunda akım-gerilim datalarından elde edilen bariyer yüksekliğinin sıcaklıkla arttığı, kapasitans-gerilim datalarından elde edilen bariyer yüksekliğinin ise sıcaklıkla azaldığı gözlendi. Cr/n-Si için, I-V eğrilerinin 300-380 K sıcaklık aralığında elde edilen bariyer yüksekliği 0.87-1.08 eV arasında değişmekteyken, idealite faktörün değişiminin ise 1.65-1.14 arasında olduğu gözlendi. C-V eğrilerinin 360K sıcaklık için bariyer yüksekliği 0.86 eV olarak bulundu. Cr/p-Si için ise I-V eğrilerinden 300-380 K sıcaklık aralığında elde edilen bariyer yüksekliğinin değeri 0.85-1.05 eV arasındadır, idealite faktörü değeri ise 1.63-1.46 arasında değer almaktadır. C-V datalarından 300-360K sıcaklık aralığında elde edilen bariyer yüksekliği 1.5-0.87 eV arasında değişmektedir. Tavlama sonrası numunelerin diyot özelliklerinin kötüleştiği gözlendi. Schottky eklemlerin karanlıkta alınan akım-gerilim karakteristiğinden, kat doğrultucu özellik gösterdiği belirlendi. Termoiyonik emisyon modelini göz önüne alındığında, Cr/Si eklemlerin doğru yöndeki iletim mekanizmalarının düşük elektrik alan bölgesinde Cr/n-Si eklemler için omik, Cr/p-Si eklemler için Schottky alan emisyonu iletim mekanizmasının etkin olduğu belirlendi. Yüksek elektrik alan bölgesinde ise Cr/n-Si ve Cr/p-Si eklemler için SCLC (Space Charge Limited Current) iletim mekanizmasının baskın olduğu ortaya çıkarıldı. Tavlama öncesi Cr/Si Schottky diyotların aydınlıkta alınan I-V karakteristiklerinin incelenmesiyle iyi fotovoltaik parametrelere sahip oldukları gözlenmiştir. En iyi fotovoltaik parametreleri Cr/p-Si MS türü yapılarda gözlendi (Isc=44.5 ?A, Voc=370 mV). Tavlama sonrası ise yine Cr/p-Si MS yapılar en iyi fotovoltaik özelliklere 600ºC tavlama sıcaklığında elde edildi(Isc=138.8 ?A, Voc=268 mV).