Au/Si3N4/p-GaAs (MIS) Yapısının Frekansa Bağlı Dielektrik Parametrelerinin Analizi

Yıl 2024, Cilt: 5 Sayı: 2, 161 - 168, 28.11.2024

Raziye Ertuğrul Uyar

Öz

Bu çalışma, Au/Si3N4/p-GaAs (MIS) yapısının dielektrik özelliklerinin frekansa bağlılığını incelemeyi amaçlamaktadır. Deneysel C-V-f ve G/ω-V-f ölçümleri 10 kHz ila 1 MHz frekans aralığında ve 300 K°'de yapılmıştır. Bu ölçümlerden MIS yapısının dielektrik sabiti (ε'), dielektrik kayıp (ε''), dielektrik kayıp tanjantı (tanδ), ac elektriksel iletkenlik (σac), elektrik modülüs (M*) ve empedans (Z*) gibi parametreler hesaplanmıştır. Ölçüm sonuçlarından elde edilen C ve G/ω değerlerinin frekans arttıkça azaldığı gözlenmiştir. Ayrıca, hesaplanan ε' ve ε'' değerlerinin frekansın artmasıyla birlikte azaldığı belirlenmiştir. Ac iletkenliğinin frekans arttıkça yaklaşık 100 kHz'e kadar yavaşça arttığı, ancak bu değerden sonra hızla arttığı gözlenmiştir. Elektrik modülüsünün reel kısmı (M') değerlerinin, yaklaşık 30 kHz'e kadar frekans artışıyla arttığı, ancak bu noktadan sonra azaldığı, elektrik modülüsünün sanal kısmı (M'') değerlerinin ise yaklaşık 30 kHz'e kadar azaldığı ancak sonra arttığı görülmüştür. Bununla birlikte, kompleks empedansın reel (Z') ve sanal (Z'') kısımlarının frekans artışıyla birlikte azaldığı gözlenmiştir. Sonuç olarak, MIS yapının dielektrik karakteristiklerinin frekansa oldukça duyarlı olduğu gözlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

Silisyum Nitrat (Si3N4), MIS Yapı, Dielektrik Özellikler, İletkenlik, Elektrik Modülüs

Kaynakça

• Sze, S.M. (1981). Physics of Semiconductor Devices: Second edition. Newyork: Wiley.
• Asar, Y.Ş., Selvili, Ö., and Altındal, Ş. (2023). Investigation of dielectric relaxation and ac conductivity in Au/(carbon nanosheet-PVP composite)/n-Si capacitors using impedance measurements. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 34, 893.
• Nicollian E.H., and Goetzberger, A. (1967). The Si-SiO2 Interface — Electrical Properties as Determined by the Metal-Insulator-Silicon Conductance Technique. The Bell System Technical Journal, 46, 1055–1133.
• Güler, G., Güllü, Ö., Karataş, Ş., and Bakkaloğlu, F. (2009). Analysis of the series resistance and interface state densities in metal semiconductor structures. Journal of Physics: Conference Series, 153, 012054.
• Ertugrul-Uyar, R., Buyukbas-Ulusan, A., and Tataroglu, A. (2020). Ionizing radiation effects on Au/TiO2/n-Si metal-insulator-semiconductor (MIS) structure. Journal of Materıals Scıence-Materials In Electronıcs, 27(6), 1-6.
• Özerli, H., Karteri, İ., Karataş, Ş., and Altindal, Ş. (2014). The current–voltage and capacitance–voltage characteristics at high temperatures of Au Schottky contact to n-type GaAs. Materials Research Bulletin, 53, 211-217.
• Tataroğlu, A., and Uyar, R.E. (2016). Analysis of density and time constant of interface states of MIS device by conductance method. Indian Journal of Pure & Applied Physics, 54(6), 374-378. Tareev, B. (1979). Physics of Dielectric Materials, Moscow: Mir Publishers, 67-156.
• Türkay, S., and Tataroğlu, A. (2021). Complex dielectric permittivity, electric modulus and electrical conductivity analysis of Au/Si3N4/p-GaAs (MOS) capacitor. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 32, 11418–11425.
• Acar, F. Z., Uyar, R.E., and Tataroğlu A. (2023). Dielectric, Conductivity and Modulus Properties of Au/ZnO/p-InP (MOS) Capacitor. ECS Journal of Solid State Science and Technology, 12, 033009.
• Akbaş, A.M., Tataroğlu, A., Altındal, Ş., and Azizian-Kalandaragh, Y. (2021). Frequency dependence of the dielectric properties of Au/(NG:PVP)/n-Si structures. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 32(6), 7657-7670.
• Tataroğlu, A., and Altındal, Ş. (2008). Study on the frequency dependence of electrical and dielectric characteristics of Au/SnO2/n-Si (MIS) structures. Microelectronic Engineering, 85, 1866–1871.
• Karataş, Ş. (2019). Frequency and voltage dependent electrical and dielectric properties of Ag/nGO doped PVA/p-Si sandwich structure at room temperature. Journal of Sandwich Structures & Materials, 23, 3.
• Yıldız, D.E., and Tataroglu, A. (2023) Analysis of dielectric, impedance and electrical properties of interfacial layer: AlN. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 34, 1057.
• Güllü, O., and Tataroglu, A. (2024). Optical and dielectric behavior of Al/CrO3/p-Si device. Optical Materials, 148, 114881.
• Bashal, A.H., Ahmad, T., Farooq, U., Habeeb, T., AL-Refai, F., and Khalafalla, A. (2023). Enhanced dielectric properties of zinc doped bentonite composites: an effect of cobalt doping concentrations and tight binding calculation. Journal of Materials Research and Technology, 27, 3180-3190.
• Delen, N., Altındal Yerişkin, S., Özbay, A., and Taşçıoğlu, İ. (2023). Origin of frequency and voltage dependent negative dielectric properties in the Al/p-Si Schottky diodes with (Cd0.3Zn0.7O) interfacial layer in the wide range of frequency and voltage. Physica B: Condensed Matter, 665, 415031.