Ni/Si eklemlerin elektrik ve optik karakteristikleri

Metal-yarıiletken eklemler, mikroelektronik cihazların temelini oluşturmaktadır. Eklemlerinkarakteristikleri ile ilgili yapılan araştırmalarda geçiş metalleri ile elde edilen silikatlarınelektriksel 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 eklemlerinkarakteristiklerine tavlamanın etkisi incelenmiştir. Tavlama öncesi ve sonrası ölçülen akım-gerilim karakteristiklerinden; ışığa duyarlılık, engel yüksekliği ve ideallik faktörü, kapasitans-gerilim karakteristiklerinden donör konsantrasyonu ve eklemin genişliği, XRD analizlerindenise NiSi2 ve NiSi fazlarının oluştuğu görülmüş ve bu fazların tanecik boyutları hesaplanmıştır.Ayrıca XRF ölçümlerinden nikelin silisyumda konsantrasyon dağılımı ve nikelin difüzyonkatsayısı bulunmuştur. Bu çalışmalarda aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir.Hazırlanan Ni/pSi ve Ni/nSi eklemleri Schottky diyodu özellikleri göstermiştir. 500oCtavlama ile bu eklemlerin doğrultma ve fotoduyarlılık özelliklerinin azaldığı görülmüştür.Tavlama ile eklemlerin karakteristiklerinin değişimi Ni-Si sınır bölgesinde yeni fazlarınoluşumu ile yorumlanmıştır.Tavlama süresinin artması ile (1.5 saatten 15 saate kadar) XRD spektrumunda NiSi ve NiSi2polikristalik fazlarına ait pik şiddetlerinin arttığı görülmüştür. Oluşan bu piklerin yarımşiddetlerinden, tane boyutları hesaplanmış ve 90 dakika tavlama sonunda NiSi2 fazı içinortalama tane boyutları d(NiSi2)=465Å ve NiSi fazı için ise d(NiSi)=971 Å olarakhesaplanmıştır. 15 saatlik tavlama sonunda ise NiSi fazının tane boyutu d(NiSi)=796 Å'yaazalırken, NiSi2 fazının tane boyutu d(NiSi2)=580Å'ya yükselmiştir.Ni/pSi yapı vakumda (500oC, 15 saat ) tavlanarak XRF ölçümü yapılmış ve buradan nikelinsilisyumda oluşan konsantrasyon dağılımı için iki difüzyon katsayısı hesaplanmıştır. Yüzeyeyakın 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 oluşumuile yorumlanmıştır. Nikelin örneğin iç bölgelerindeki daha hızlı hareketi, arayer pozisyonlarladifüzyonu ile ilgilidir.Böylece, Ni/Si eklemlerin Schottky diyod özelliği gösterdiği, Ni/pSi eklemlerin diyodparametrelerinin, Ni/nSi eklemlere nazaran daha yüksek olduğu görülmüştür. 500oC'detavlama neticesinde, Ni/Si eklemlerin sınır bölgesinde yeni NiSi ve NiSi2 fazların oluşumunedeniyle diyod özellikleri bozulmaktadır.Anahtar Kelime: Ni/Si eklemler, Ni2Si, NiSi, NiSi2, Difüzyon.