Research Article
BibTex RIS Cite

Al/Si3N4/p-Si aygıtının C-V characteristikleri üzerine metal ile yarıiletken kontak arasındaki yalıtkan tabakanın kalınlık etkisi

Year 2017, Volume: 23 Issue: 5, 536 - 542, 20.10.2017

Abstract

Metal-Yalıtkan-Yarıiletken
(MIS) yapılar elektronik ve optoelektronikteki iyi uygulamalarından büyük
ilgiye sahiptirler. Bu yapıların önemi tabaka depolama özelliği, kapasitans
etkisi ve yüksek dileketrik sabitlerine sahip olmalarına dayandırılabilir. Bu yüzden
Si3N4 tabakalı iki adet numune plazma destekli kimyasal
buhar biriktirme (PECVD) yöntemiyle birinin kalınlığı 5 nm diğerinin kalınlığı
50 nm olacak şekilde p-tip Si üzerine büyütüldü. Si3N4
tabakasının kalınlığı bir elipsometreyle kontrol edildi. Al/Si3N4/p
tip Si kontağın üzerine Si3N4 tabakasının kalınlık etkisi
10 kHz-1 MHz frekans değerleri için -5 V’tan +5 V voltaj aralığında yapıların
kapasitans-voltaj (C–V) ve iletkenlik-voltaj (G–V) karakteristikleri ile oda
sıcaklığında  araştırıldı. Farklı kalınlığa
sahip kontakların her bir durumda kapasitans değerlerinin artan frekansla
azaldığı ve iletkenlik değerlerinin arttığı tespit edildi. Ara yüzey durumları
(Nss
) ve Seri direnç (Rs) etkileri, bariyer
yüksekliği (
Φb) ve taşıyıcı yoğunluğu (Na) kapasitans-voltaj (C–V)
ve iletkenlik-voltaj (G–V) karakteristikleri karakterizasyonlardan elde edildi
ve açıklandı. Ayrıca 5 nm ve 50 nm kalınlık değerindeki tabakalar için 500 kHz
frekansta çift yönlü C-V ve G-V karakterizasyonlarından elde edildi ve kıyaslandı.
Sonuç olarak, Si3N4 tabakasının kalınlık değişiminin
kontakların özelliklerini etkilediği görüldü ve bu kontakların Memrezistör yapısına
sahiptirler ve gelecekte hafıza aygıtları için kullanılabilir ve
geliştirilebilirler.

References

  • Güllü Ö, Türüt A. “Electrical analysis of organic dye-based MIS Schottky contacts”. Microelectronic Engineering, 87(12), 2482-2487, 2010.
  • Karataş Ş, Yildirim N, Türüt A. “Electrical properties and interface state energy distributions of Cr/n-Si Schottky barrier diode”. Superlattices and Microstructures, 64, 483-494, 2013.
  • Aydın ME, Yakuphanoglu F, Eom JH, Hwang DH. “Electrical characterization of Al/MEH-PPV/p-Si Schottky diode by current–voltage and capacitance-voltage methods”. Physica B: Condensed Matter, 387(1-2), 239-244, 2007.
  • Ataseven T, Tatatroğlu A. “Temperature-dependent dielectric properties of Au/Si3N4/n-Si (metal insulator semiconductor) structures”. Chine Physics B, 22(11), 117310-1-117310-6, 2013.
  • Zeyrek S, Acaroğlu E, Altındal Ş, Birdoğan S, Bülbül MM. “The effect of series resistance and interface states on the frequency dependent C-V and G/w-V characteristics of Al/perylene/p-Si MPS type Schottky barrier diodes”. Current Applied Physics, 13(7), 1225-1230, 2013.
  • Orak I, Toprak M, Türüt A. “Illumination impact on the electrical characterizations of an Al/Azure A/p-Si heterojunction”. Physica Scripta, 89(115810), 1-5, 2014.
  • Doğan H, Yıldırım N, Orak I, Elagöz S, Türüt A. “Capacitance-conductance-frequencycharacteristics of Au/Ni/n-GaN/undoped GaNStructures”. Physica B, Condensed Matter, 457, 48-53, 2015.
  • Bilkan Ç, Zeyrek S, San SE, Altındal Ş. “A compare of electrical characteristics in Al/p-Si(MS) and Al/C20H12/p-Si (MPS) type diodes using current-voltage (I–V) and capacitance–voltage(C-V) measurements”. Materials Science in Semiconductor Processing, 32, 137-144, 2015.
  • Gökçen M, Altuntaş H, Altındal Ş, Özçelik S. “Frequency and voltage dependence of negative capacitance in Au/SiO2/n-GaAs structures”. Materials Science in Semiconductor Processing, 15(1), 41-46, 2012.
  • Bülbül MM, Zeyrek S, Altındal Ş, Yüzer H. “On the profile of temperature dependent series resistance in Al/Si3N4/p-Si (MIS) Schottky diodes". Microelectronic Engineering, 83(3), 577-581, 2006.
  • Kadoda A, Iwasugi T, Nakatani K, Nakayama K, Mori M, Maezaawa K, Miyazaki E, Mizutani T. “Characterization of Al2O3/InSb/Si MOS diodes having various InSb thicknesses grown on Si(1 1 1) substrates”. Semiconductor Science and Technology, 27(045007), 1-6, 2012.
  • Korucu D, Duman S. “Frequency and temperature dependent interface states and series resistance in Au/SiO2/p-Si (MIS) Diode”. Science of Advanced Materials, 7(7), 1291-1297, 2015.
  • Demirezen S, Kaya A, Vural Ö, Altındal Ş. “The effect of Mo-doped PVC þ TCNQ interfacial layer on the electrical properties of Au/PVC þ TCNQ/p-Si structures at room temperature”. Materials Science in Semiconductor Processing, 33, 140-148, 2015.
  • Kavasoglu AS, Kavasoglu N, Kodolbas AO, Birgi O, Oktu O, Oktik S. “Negative capacitance peculiarities in a-Si:H/c-Si rectifier structure”. Microelectron. Engineering, 87(2), 108-116, 2010.
  • Vural Ö, Şafak Y, Türüt A, Altındal Ş. “Temperature dependent negative capacitance behavior of Al/rhodamine-101/n-GaAs Schottky barrier diodes and Rs effects on the C-V and G/ω–V characteristics”. Journal of Alloys and Compounds, 513, 107-111, 2012.
  • Soylu M, Cavas M, Al-Ghamdi AA, Al-Hartomy OA, Eş-Tantwy F, Yakuphanoglu F. “The effects of the interfacial layer with interface states on controlling the electronic properties of Au/n-GaAs Schottky diode”. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, 14(1-2), 61-66, 2012.
  • Demirezen S, Özavcı E, Altındal Ş. “The effect of frequency and temperature on Capacitance/conductance-voltage(C/G-V) characteristics of Au/n-GaAs Schottky barrier diodes (SBDs)”. Materials Sciencein Semiconductor Processing, 23, 1-6, 2014.
  • Kaçus H, Aydoğan Ş, Ekinci D, Kurudirek SV, Türüt A. “Optical absorption of the anthracene and temperature-dependent capacitance–voltage characteristics of the Au/anthracene/n-Si heterojunction in metal–organic-semiconductor configuration”. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 74, 505-509, 2015.
  • Sze SM. Physics of Semiconductor Devices. 2nd ed. New Jersey, USA, Wiley, 1979.
  • Bülbül MM. “Frequency and temperature dependent dielectric properties of Al/Si3N4/p-Si(100) MIS structure”. Microelectronic Engineering, 84(1), 124-128, 2007.
  • Orak I, Ürel M, Bakan G, Dana A. “Memristive behavior in a junctionless flash memory cell”. Applied Physics Letters, 106(233506), 1-5, 2015.
  • Sze SM, Kwok KN. Physics of Semiconductor Devices. 3rd ed. New Jersey, USA, John Wiley & Sons Inc, 2006.
  • Rýer I, Vanko G, Lalinský T, Kunzo P, Vallo M, Vávra I, Thomáš P. “Pt/NiO ring gate based Schottky diode hydrogen sensors with enhanced sensitivity and thermal stability”. Sensors and Actuators B, 202, 1-8, 2014.

The thickness effect of insulator layer between the semiconductor and metal contact on C-V characteristics of Al/Si3N4/p-Si device

Year 2017, Volume: 23 Issue: 5, 536 - 542, 20.10.2017

Abstract

Metal-insulator-semiconductor
(MIS) structures have great interest for their good applications in electronic
and optoelectronic. Their importance can be attributed that they have storage
layer property, capacitance effect and high dielectric constant. For this
reason, two samples of Si3N4 layers were deposited with
plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique on p-type Si; first
is about 5 nm thickness and the other is about 50 nm. The thicknesses of Si3N4
were adjusted by an ellipsometer. The thickness effect of Si3N4
layers on the Al/Si3N4/p type Si contact was studied with
the capacitance-voltage (C–V) and conductance–voltage (G-V) characteristics of
the contact at the frequency range from 10 kHz to 1 MHz and applied bias
voltage from −5 V to +5 V at room temperature. In each contact having different
insulator layers, capacitance values decreased and conductance values increased
with increasing frequencies. The interface states (
Nss), the
effect of series resistance (Rs
),
barrier height (
Φb) and
carrier concentration (
Na) were
found from the capacitance-voltage (C–V) and conductance–voltage (G-V)
measurements and explained in the details. To determine memristor behavior of
the Al/Si3N4/p type Si contact, dual C-V and G-V
measurements were performed at 500 kHz and the room temperature, and the
results were compared for 5 nm and 50 nm thicknesses layers. Consequently,
changing of Si3N4 layer thickness influenced properties of the contacts, and
these two contacts have memristor behavior and, they can be used and improved
as memory devices in the future.

References

  • Güllü Ö, Türüt A. “Electrical analysis of organic dye-based MIS Schottky contacts”. Microelectronic Engineering, 87(12), 2482-2487, 2010.
  • Karataş Ş, Yildirim N, Türüt A. “Electrical properties and interface state energy distributions of Cr/n-Si Schottky barrier diode”. Superlattices and Microstructures, 64, 483-494, 2013.
  • Aydın ME, Yakuphanoglu F, Eom JH, Hwang DH. “Electrical characterization of Al/MEH-PPV/p-Si Schottky diode by current–voltage and capacitance-voltage methods”. Physica B: Condensed Matter, 387(1-2), 239-244, 2007.
  • Ataseven T, Tatatroğlu A. “Temperature-dependent dielectric properties of Au/Si3N4/n-Si (metal insulator semiconductor) structures”. Chine Physics B, 22(11), 117310-1-117310-6, 2013.
  • Zeyrek S, Acaroğlu E, Altındal Ş, Birdoğan S, Bülbül MM. “The effect of series resistance and interface states on the frequency dependent C-V and G/w-V characteristics of Al/perylene/p-Si MPS type Schottky barrier diodes”. Current Applied Physics, 13(7), 1225-1230, 2013.
  • Orak I, Toprak M, Türüt A. “Illumination impact on the electrical characterizations of an Al/Azure A/p-Si heterojunction”. Physica Scripta, 89(115810), 1-5, 2014.
  • Doğan H, Yıldırım N, Orak I, Elagöz S, Türüt A. “Capacitance-conductance-frequencycharacteristics of Au/Ni/n-GaN/undoped GaNStructures”. Physica B, Condensed Matter, 457, 48-53, 2015.
  • Bilkan Ç, Zeyrek S, San SE, Altındal Ş. “A compare of electrical characteristics in Al/p-Si(MS) and Al/C20H12/p-Si (MPS) type diodes using current-voltage (I–V) and capacitance–voltage(C-V) measurements”. Materials Science in Semiconductor Processing, 32, 137-144, 2015.
  • Gökçen M, Altuntaş H, Altındal Ş, Özçelik S. “Frequency and voltage dependence of negative capacitance in Au/SiO2/n-GaAs structures”. Materials Science in Semiconductor Processing, 15(1), 41-46, 2012.
  • Bülbül MM, Zeyrek S, Altındal Ş, Yüzer H. “On the profile of temperature dependent series resistance in Al/Si3N4/p-Si (MIS) Schottky diodes". Microelectronic Engineering, 83(3), 577-581, 2006.
  • Kadoda A, Iwasugi T, Nakatani K, Nakayama K, Mori M, Maezaawa K, Miyazaki E, Mizutani T. “Characterization of Al2O3/InSb/Si MOS diodes having various InSb thicknesses grown on Si(1 1 1) substrates”. Semiconductor Science and Technology, 27(045007), 1-6, 2012.
  • Korucu D, Duman S. “Frequency and temperature dependent interface states and series resistance in Au/SiO2/p-Si (MIS) Diode”. Science of Advanced Materials, 7(7), 1291-1297, 2015.
  • Demirezen S, Kaya A, Vural Ö, Altındal Ş. “The effect of Mo-doped PVC þ TCNQ interfacial layer on the electrical properties of Au/PVC þ TCNQ/p-Si structures at room temperature”. Materials Science in Semiconductor Processing, 33, 140-148, 2015.
  • Kavasoglu AS, Kavasoglu N, Kodolbas AO, Birgi O, Oktu O, Oktik S. “Negative capacitance peculiarities in a-Si:H/c-Si rectifier structure”. Microelectron. Engineering, 87(2), 108-116, 2010.
  • Vural Ö, Şafak Y, Türüt A, Altındal Ş. “Temperature dependent negative capacitance behavior of Al/rhodamine-101/n-GaAs Schottky barrier diodes and Rs effects on the C-V and G/ω–V characteristics”. Journal of Alloys and Compounds, 513, 107-111, 2012.
  • Soylu M, Cavas M, Al-Ghamdi AA, Al-Hartomy OA, Eş-Tantwy F, Yakuphanoglu F. “The effects of the interfacial layer with interface states on controlling the electronic properties of Au/n-GaAs Schottky diode”. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, 14(1-2), 61-66, 2012.
  • Demirezen S, Özavcı E, Altındal Ş. “The effect of frequency and temperature on Capacitance/conductance-voltage(C/G-V) characteristics of Au/n-GaAs Schottky barrier diodes (SBDs)”. Materials Sciencein Semiconductor Processing, 23, 1-6, 2014.
  • Kaçus H, Aydoğan Ş, Ekinci D, Kurudirek SV, Türüt A. “Optical absorption of the anthracene and temperature-dependent capacitance–voltage characteristics of the Au/anthracene/n-Si heterojunction in metal–organic-semiconductor configuration”. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 74, 505-509, 2015.
  • Sze SM. Physics of Semiconductor Devices. 2nd ed. New Jersey, USA, Wiley, 1979.
  • Bülbül MM. “Frequency and temperature dependent dielectric properties of Al/Si3N4/p-Si(100) MIS structure”. Microelectronic Engineering, 84(1), 124-128, 2007.
  • Orak I, Ürel M, Bakan G, Dana A. “Memristive behavior in a junctionless flash memory cell”. Applied Physics Letters, 106(233506), 1-5, 2015.
  • Sze SM, Kwok KN. Physics of Semiconductor Devices. 3rd ed. New Jersey, USA, John Wiley & Sons Inc, 2006.
  • Rýer I, Vanko G, Lalinský T, Kunzo P, Vallo M, Vávra I, Thomáš P. “Pt/NiO ring gate based Schottky diode hydrogen sensors with enhanced sensitivity and thermal stability”. Sensors and Actuators B, 202, 1-8, 2014.
There are 23 citations in total.

Details

Subjects Engineering
Journal Section Research Article
Authors

İkram Orak

Adem Koçyiğit

Publication Date October 20, 2017
Published in Issue Year 2017 Volume: 23 Issue: 5

Cite

APA Orak, İ., & Koçyiğit, A. (2017). Al/Si3N4/p-Si aygıtının C-V characteristikleri üzerine metal ile yarıiletken kontak arasındaki yalıtkan tabakanın kalınlık etkisi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 23(5), 536-542.
AMA Orak İ, Koçyiğit A. Al/Si3N4/p-Si aygıtının C-V characteristikleri üzerine metal ile yarıiletken kontak arasındaki yalıtkan tabakanın kalınlık etkisi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. October 2017;23(5):536-542.
Chicago Orak, İkram, and Adem Koçyiğit. “Al/Si3N4/P-Si aygıtının C-V Characteristikleri üzerine Metal Ile yarıiletken Kontak arasındaki yalıtkan tabakanın kalınlık Etkisi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 23, no. 5 (October 2017): 536-42.
EndNote Orak İ, Koçyiğit A (October 1, 2017) Al/Si3N4/p-Si aygıtının C-V characteristikleri üzerine metal ile yarıiletken kontak arasındaki yalıtkan tabakanın kalınlık etkisi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 23 5 536–542.
IEEE İ. Orak and A. Koçyiğit, “Al/Si3N4/p-Si aygıtının C-V characteristikleri üzerine metal ile yarıiletken kontak arasındaki yalıtkan tabakanın kalınlık etkisi”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol. 23, no. 5, pp. 536–542, 2017.
ISNAD Orak, İkram - Koçyiğit, Adem. “Al/Si3N4/P-Si aygıtının C-V Characteristikleri üzerine Metal Ile yarıiletken Kontak arasındaki yalıtkan tabakanın kalınlık Etkisi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 23/5 (October 2017), 536-542.
JAMA Orak İ, Koçyiğit A. Al/Si3N4/p-Si aygıtının C-V characteristikleri üzerine metal ile yarıiletken kontak arasındaki yalıtkan tabakanın kalınlık etkisi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2017;23:536–542.
MLA Orak, İkram and Adem Koçyiğit. “Al/Si3N4/P-Si aygıtının C-V Characteristikleri üzerine Metal Ile yarıiletken Kontak arasındaki yalıtkan tabakanın kalınlık Etkisi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol. 23, no. 5, 2017, pp. 536-42.
Vancouver Orak İ, Koçyiğit A. Al/Si3N4/p-Si aygıtının C-V characteristikleri üzerine metal ile yarıiletken kontak arasındaki yalıtkan tabakanın kalınlık etkisi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2017;23(5):536-42.





Creative Commons Lisansı
Bu dergi Creative Commons Al 4.0 Uluslararası Lisansı ile lisanslanmıştır.