Ni/Si eklemlerin elektrik ve optik karakteristikleri

Abstract

Metal-yarıiletken eklemler, mikroelektronik cihazların temelini oluşturmaktadır. Eklemlerin karakteristikleri ile ilgili yapılan araştırmalarda geçiş metalleri ile elde edilen silikatların elektriksel iletkenliği ve oksitlenmeye karşı yüksek direnç özellikleri dikkat çekmiştir. Fakat, geçiş metal/Si ve silikat/Si eklemlerin özellikleri az incelenmiştir. Bu çalışmada, kristal silisyum üzerine nikel kaplanarak elde edilen Ni/Si eklemlerin karakteristiklerine tavlamanın etkisi incelenmiştir. Tavlama öncesi ve sonrası ölçülen akımgerilim karakteristiklerinden; ışığa duyarlılık, engel yüksekliği ve ideallik faktörü, kapasitansgerilim karakteristiklerinden donör konsantrasyonu ve eklemin genişliği, XRD analizlerinden ise NiSi2 ve NiSi fazlarının oluştuğu görülmüş ve bu fazların tanecik boyutları hesaplanmıştır. Ayrıca XRF ölçümlerinden nikelin silisyumda konsantrasyon dağılımı ve nikelin difüzyon katsayısı bulunmuştur. Bu çalışmalarda aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir. Hazırlanan Ni/pSi ve Ni/nSi eklemleri Schottky diyodu özellikleri göstermiştir. 500oC tavlama ile bu eklemlerin doğrultma ve fotoduyarlılık özelliklerinin azaldığı görülmüştür. Tavlama ile eklemlerin karakteristiklerinin değişimi Ni-Si sınır bölgesinde yeni fazların oluşumu ile yorumlanmıştır.

Tavlama süresinin artması ile (1.5 saatten 15 saate kadar) XRD spektrumunda NiSi ve NiSi2 polikristalik fazlarına ait pik şiddetlerinin arttığı görülmüştür. Oluşan bu piklerin yarım şiddetlerinden, tane boyutları hesaplanmış ve 90 dakika tavlama sonunda NiSi2 fazı için ortalama tane boyutları d(NiSi2)=465Å ve NiSi fazı için ise d(NiSi)=971 Å olarak hesaplanmıştır. 15 saatlik tavlama sonunda ise NiSi fazının tane boyutu d(NiSi)=796 Å’ya azalırken, NiSi2 fazının tane boyutu d(NiSi2)=580Å’ya yükselmiştir.

Ni/pSi yapı vakumda (500oC, 15 saat ) tavlanarak XRF ölçümü yapılmış ve buradan nikelin silisyumda oluşan konsantrasyon dağılımı için iki difüzyon katsayısı hesaplanmıştır. Yüzeye yakın bölgede (x<1µm) Dy≈5.10-14 cm2/sn, iç bölgede ise Di ≈10-8cm2/sn olarak bulunmuştur. Nikelin yüzeye yakın bölgesindeki daha yavaş difüzyonu buradaki Ni/Si fazlarının oluşumu ile yorumlanmıştır. Nikelin örneğin iç bölgelerindeki daha hızlı hareketi, arayer pozisyonlarla difüzyonu ile ilgilidir. Böylece, Ni/Si eklemlerin Schottky diyod özelliği gösterdiği, Ni/pSi eklemlerin diyod parametrelerinin, Ni/nSi eklemlere nazaran daha yüksek olduğu görülmüştür. 500oC’de tavlama neticesinde, Ni/Si eklemlerin sınır bölgesinde yeni NiSi ve NiSi2 fazların oluşumu nedeniyle diyod özellikleri bozulmaktadır.