Doğal Oksit Arayüz Tabakasının Metal-Oksit-Yarıiletken (Al/n-Si/Al) Yapısının Elektriksel Özelliklerine Etkisi

Halil Seymen

doi:10.5281/zenodo.19899920

EN TR

Effect of Natural Oxide Interface Layer on the Electrical Properties of (Al/n-Si/Al) Metal-Oxide-Semiconductor Structure

Abstract

Schottky contacts, which are widely used in contemporary technologies, are among the most prominent research topics in both solid-state physics and materials science due to the ability to tune their conductivity based on doping levels. In this study, Al/n-Si/Al Schottky diode structures, consisting of both rectifying and ohmic contacts, were fabricated by depositing aluminum (Al) onto n-type silicon (Si) substrates. The primary objective of the research is to analyze the effects of interface states and series resistance on the characteristic parameters of the diode. During the experimental process, two samples were prepared using identical chemical and physical cleaning procedures. For the first sample (Diode 1), the rectifying contact was formed on the same day as the ohmic contact, while the rectifying contact of the second sample was completed seven days later under the same conditions to observe environmental effects. Based on the current-voltage (I-V) measurements of the samples, parameters such as barrier height (eФ_bn), ideality factor (n), donor density (N_d), saturation current (I_o), and series resistance (R_s) were calculated. The obtained data were further verified using Cheung functions. Additionally, the impact of interface properties on device performance was detailed through capacitance-voltage (C-V) and capacitance-frequency (C-f) analyses to determine barrier heights and ideality factors.

Keywords

Interface States, Schottky Diode, Ohmic Contact, Series Resistor, Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) Schottky Diode

Doğal Oksit Arayüz Tabakasının Metal-Oksit-Yarıiletken (Al/n-Si/Al) Yapısının Elektriksel Özelliklerine Etkisi

Abstract

Günümüz teknolojisinde geniş bir kullanım alanına sahip olan Schottky kontaklar, katkılama düzeyine bağlı olarak iletkenliklerinin ayarlanabilmesi sayesinde hem katıhal fiziği hem de malzeme bilimi araştırmalarının odak noktasında yer almaktadır. Bu çalışma kapsamında, n-tipi silisyum (Si) taban üzerine alüminyum (Al) metali kullanılarak hem doğrultucu hem de omik kontaklardan oluşan Al/n-Si/Al Schottky diyot yapıları üretilmiştir. Araştırmanın temel amacı; arayüzey durumları ve seri direncin diyotun karakteristik parametreleri üzerindeki etkisini analiz etmektir. Deneysel süreçte, kimyasal ve fiziksel temizlik aşamaları özdeş olan iki numune hazırlanmıştır. İlk numunenin (Diyot 1) doğrultucu kontağı omik kontakla aynı gün oluşturulurken; ikinci numunenin doğrultucu kontağı, çevresel etkileri gözlemlemek amacıyla yedi gün sonra aynı koşullarda tamamlanmıştır. Numunelerin akım-voltaj (I-V) ölçümleri üzerinden; engel yüksekliği (eФbn), idealite faktörü (n), donör yoğunluğu (Nd), doyma akımı (Io) ve seri direnç (Rs) değerleri hesaplanmış; elde edilen veriler Cheung fonksiyonları ile doğrulanmıştır. Ayrıca, arayüzey özelliklerinin cihaz performansı üzerindeki etkisi kapasitans-voltaj (C-V) ve kapasitans-frekans (C-f) analizleri ile detaylandırılarak bariyer yükseklikleri ve idealite faktörleri belirlenmiştir.

Keywords

Arayüzey Halleri, Schottky Diyodu, Omik Kontak, Seri Direnç, Metal-Yalıtkan-Yarıiletken( MIS) Schottky Diyodu

Thanks

I would like to thank the Directorate of Scientific Research Projects of Yüzüncü Yıl University for their great support in the procurement of samples and materials, in the evaluation of measurements in research laboratories, and in the preparation of data using computers.

References

[1] A. Türüt, “On current-voltage and capacitance-voltage characteristics of metal-semiconductor contacts,” Turkish Journal of Physics, vol. 44, no. 4, pp. 302–347, 2020, doi: 10.3906/fiz-2007-11.
[2] H. C. Card and E. H. Rhoderick, “Studies of tunnel MOS diodes I. Interface effects in silicon Schottky diodes,” Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 4, no. 10, pp. 1589–1601, 1971, doi: 10.1088/0022-3727/4/10/319.
[3] C. R. Crowell and S. M. Sze, “Electron-optical-phonon scattering in the emitter and collector barriers of semiconductor-metal-semiconductor structures,” Solid-State Electronics, vol. 8, no. 12, pp. 979–990, 1965, doi: 10.1016/0038-1101(65)90164-4.
[4] M. E. Aydin, K. Akkilic, and T. Kilicoglu, “The importance of the neutral region resistance for the calculation of the interface state density distribution in Pb/p-Si Schottky contacts,” Physica B: Condensed Matter, vol. 352, no. 1–4, pp. 312–317, 2004, doi: 10.1016/j.physb.2004.08.003.
[5] Ş. Karataş, Ş. Altındal, and M. Çakar, “Current transport in Zn/p-Si(1 0 0) Schottky barrier diodes at high temperatures,” Physica B: Condensed Matter, vol. 357, no. 3–4, pp. 386–397, 2005, doi: 10.1016/j.physb.2004.12.003.
[6] B. Batı, “İdeal ve ideal olmayan omik ve doğrultucu kontaklı Au/n-Si Schottky diyotlarda doğru besleme karakteristikleri,” Ph.D. dissertation, Atatürk Univ., Erzurum, Turkey, 1999.
[7] Ö. Demircioğlu, Ş. Karataş, N. Yıldırım, and Ö. F. Bakkaloğlu, “Effects of temperature on series resistance determination of electrodeposited Cr/n-Si/Au–Sb Schottky structures,” Microelectronic Engineering, vol. 88, no. 9, pp. 2997–3002, 2011, doi: 10.1016/j.mee.2011.04.060.
[8] V. L. Rideout, “A review of the theory, technology and applications of metal-semiconductor rectifiers,” Thin Solid Films, vol. 48, no. 3, pp. 261–291, 1978, doi: 10.1016/0040-6090(78)90007-X.
[9] B. Batı, Ç. Nuhoğlu, M. Sağlam, E. Ayyıldız, and A. Türüt, “On the forward bias excess capacitance at intimate and MIS Schottky barrier diodes with perfect or imperfect ohmic back contact,” Physica Scripta, vol. 61, no. 2, pp. 209–212, 2000, doi: 10.1238/Physica.Regular.061A00209.
[10] J. H. Werner, R. T. Tung, A. F. J. Levi, and M. Anzlowar, “Admittance measurements at epitaxial and nonepitaxial silicide Schottky contacts,” MRS Proceedings, vol. 91, pp. 433–438, 1987, doi: 10.1557/PROC-91-433.

[11] R. F. Werner, “Quantum states with Einstein-Podolsky-Rosen correlations admitting a hidden-variable model,” Physical Review A, vol. 40, no. 8, pp. 4277–4281, 1989, doi: 10.1103/PhysRevA.40.4277.
[12] P. Chattopadhyay, “The effect of shunt resistance on the electrical characteristics of Schottky barrier diodes,” Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 29, no. 3, pp. 823–829, 1996, doi: 10.1088/0022-3727/29/3/047.
[13] A. Tataroğlu and Ş. Altındal, “Characterization of current-voltage (I–V) and capacitance-voltage-frequency (C–V–f) features of Al/SiO₂/p-Si (MIS) Schottky diodes,” Microelectronic Engineering, vol. 83, no. 3, pp. 582–588, 2006, doi: 10.1016/j.mee.2005.12.014.
[14] Ş. Karataş, “Effect of series resistance on the electrical characteristics and interface state energy distributions of Sn/p-Si (MS) Schottky diodes,” Microelectronic Engineering, vol. 87, no. 10, pp. 1935–1940, 2010, doi: 10.1016/j.mee.2009.11.168.
[15] I. Orak, “Saçtırma yöntemiyle elde edilen Co/n-GaP Schottky diyotların tavlama ve numune sıcaklığına bağlı elektriksel karakterizasyonu,” Ph.D. dissertation, Atatürk Univ., Erzurum, Turkey, 2013.
[16] H. Seymen, “Al/n-Si (MIS) Schottky diyotlarda arayüzey hallerinin ve seri direncin I–V, C–V, C–f karakteristiklerine etkileri,” M.S. thesis, Yüzüncü Yıl Univ., Van, Turkey, 2007.
[17] P. Chattopadhyay and B. RayChaudhuri, “Frequency dependence of the forward capacitance-voltage characteristics of Schottky barrier diodes,” Solid-State Electronics, vol. 36, no. 4, pp. 605–610, 1993, doi: 10.1016/0038-1101(93)90272-R.
[18] H. C. Card and E. H. Rhoderick, “The effect of an interfacial layer on minority carrier injection in forward-biased silicon Schottky diodes,” Solid-State Electronics, vol. 16, no. 3, pp. 365–374, 1973, doi: 10.1016/0038-1101(73)90011-7.
[19] H. Norde, “A modified forward I–V plot for Schottky diodes with high series resistance,” Journal of Applied Physics, vol. 50, no. 7, pp. 5052–5053, 1979, doi: 10.1063/1.325607.
[20] P. S. Ho, E. S. Yang, H. L. Evans, and X. Wu, “Electronic states at silicide-silicon interfaces,” Physical Review Letters, vol. 56, no. 2, pp. 177–180, 1986, doi: 10.1103/PhysRevLett.56.177.
[21] P. Chattopadhyay and A. N. Daw, “On the current transport mechanism in a metal-insulator-semiconductor (MIS) diode,” Solid-State Electronics, vol. 29, no. 5, pp. 555–560, 1986, doi: 10.1016/0038-1101(86)90078-X.
[22] A. Kumta, Rusli, C.-C. Tin, and J. Ahn, “Design of field-plate terminated 4H-SiC Schottky diodes using high-k dielectrics,” Microelectronics Reliability, vol. 46, no. 8, pp. 1295–1302, 2006, doi: 10.1016/j.microrel.2005.11.009.
[23] H. Águas, L. Pereira, R. J. C. Silva, E. Fortunato, and R. Martins, “Effect of the tunnelling oxide growth by H₂O₂ oxidation on the performance of a-Si:H MIS photodiodes,” Materials Science and Engineering B, vol. 109, no. 1–3, pp. 256–259, 2004, doi: 10.1016/j.mseb.2003.10.075.
[24] X. Wu and E. S. Yang, “Interface capacitance in metal-semiconductor junctions,” Journal of Applied Physics, vol. 65, no. 9, pp. 3560–3567, 1989, doi: 10.1063/1.342631.
[25] A. N. Daw and P. Chattopadhyay, “Low-frequency C–V characteristics of MIS-Schottky barrier diodes,” IETE Journal of Research, vol. 32, no. 2, pp. 69–72, 1986, doi: 10.1080/03772063.1986.11436565.
[26] M. A. Heine and P. R. Sperry, “The distribution of defects in aluminum oxide films near the metal-to-oxide interface,” Journal of The Electrochemical Society, 1965.
[27] H. Seymen, O. Doğmuş, and Ş. Karataş, “Analysis of the electrical characteristics and interface state densities of Au/n-type Si metal structures with SiO₂ interlayer,” Indian Journal of Physics, pp. 1–7, 2026, doi: 10.1007/s12648-026-03965-1.

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Photovoltaic Power Systems, Photonic and Electro-Optical Devices, Sensors and Systems (Excl. Communications), Semiconductors, Compound Semiconductors, Electronic, Optics and Magnetic Materials, Plating Technology

Journal Section

Research Article

Authors

Halil Seymen ^*
0000-0001-5115-952X
Türkiye

Publication Date

April 30, 2026

Submission Date

March 15, 2026

Acceptance Date

April 28, 2026

Published in Issue

Year 2026 Volume: 3 Number: 1

DOI

https://doi.org/10.5281/zenodo.19899920

IZ

https://izlik.org/JA85CM23FW

APA

Seymen, H. (2026). Doğal Oksit Arayüz Tabakasının Metal-Oksit-Yarıiletken (Al/n-Si/Al) Yapısının Elektriksel Özelliklerine Etkisi. Hendese Teknik Bilimler Ve Mühendislik Dergisi, 3(1), 15-24. https://doi.org/10.5281/zenodo.19899920

AMA

1.Seymen H. Doğal Oksit Arayüz Tabakasının Metal-Oksit-Yarıiletken (Al/n-Si/Al) Yapısının Elektriksel Özelliklerine Etkisi. HENDESE. 2026;3(1):15-24. doi:10.5281/zenodo.19899920

Chicago

Seymen, Halil. 2026. “Doğal Oksit Arayüz Tabakasının Metal-Oksit-Yarıiletken (Al N-Si Al) Yapısının Elektriksel Özelliklerine Etkisi”. Hendese Teknik Bilimler Ve Mühendislik Dergisi 3 (1): 15-24. https://doi.org/10.5281/zenodo.19899920.

EndNote

Seymen H (April 1, 2026) Doğal Oksit Arayüz Tabakasının Metal-Oksit-Yarıiletken (Al/n-Si/Al) Yapısının Elektriksel Özelliklerine Etkisi. Hendese Teknik Bilimler ve Mühendislik Dergisi 3 1 15–24.

IEEE

[1]H. Seymen, “Doğal Oksit Arayüz Tabakasının Metal-Oksit-Yarıiletken (Al/n-Si/Al) Yapısının Elektriksel Özelliklerine Etkisi”, HENDESE, vol. 3, no. 1, pp. 15–24, Apr. 2026, doi: 10.5281/zenodo.19899920.

ISNAD

Seymen, Halil. “Doğal Oksit Arayüz Tabakasının Metal-Oksit-Yarıiletken (Al N-Si Al) Yapısının Elektriksel Özelliklerine Etkisi”. Hendese Teknik Bilimler ve Mühendislik Dergisi 3/1 (April 1, 2026): 15-24. https://doi.org/10.5281/zenodo.19899920.

JAMA

1.Seymen H. Doğal Oksit Arayüz Tabakasının Metal-Oksit-Yarıiletken (Al/n-Si/Al) Yapısının Elektriksel Özelliklerine Etkisi. HENDESE. 2026;3:15–24.

MLA

Seymen, Halil. “Doğal Oksit Arayüz Tabakasının Metal-Oksit-Yarıiletken (Al N-Si Al) Yapısının Elektriksel Özelliklerine Etkisi”. Hendese Teknik Bilimler Ve Mühendislik Dergisi, vol. 3, no. 1, Apr. 2026, pp. 15-24, doi:10.5281/zenodo.19899920.

Vancouver

1.Halil Seymen. Doğal Oksit Arayüz Tabakasının Metal-Oksit-Yarıiletken (Al/n-Si/Al) Yapısının Elektriksel Özelliklerine Etkisi. HENDESE. 2026 Apr. 1;3(1):15-24. doi:10.5281/zenodo.19899920

Effect of Natural Oxide Interface Layer on the Electrical Properties of (Al/n-Si/Al) Metal-Oxide-Semiconductor Structure

Abstract

Keywords

Doğal Oksit Arayüz Tabakasının Metal-Oksit-Yarıiletken (Al/n-Si/Al) Yapısının Elektriksel Özelliklerine Etkisi

Abstract

Keywords

Thanks

References

Details

Primary Language

Subjects

Journal Section

Authors

Publication Date

Submission Date

Acceptance Date

Published in Issue

DOI

IZ

Cite