Al/Gd2O3/P-Si/Al diyotlarının üretimi ve ışınlama altında elektriksel parametrelerinin değerlendirilmesi

Bu çalışma n-tipi gadolinyum oksitin (Gd2O3), p-tipi Czochralski tarafından büyütülen monokristal (CZ) silikon (100) alttaşlar (CZ-pSi) ve cam üzerine büyütülmüş filmlerin yapısı, morfolojisi, dielektrik ve elektriksel özelliklerine ve ayrıca gama ışınlarının Gd2O3/(CZ-pSi) diyotları üzerindeki etkilerinin belirlenmesine odaklanmıştır. Gd2O3 katmanlarının büyümesi, farklı lazer enerjileri (500, 600, 700, 800 ve 900 mJ) kullanılarak atımlı lazer film büyütme tekniği (PLD) ile gerçekleştirildi. Birkaç Gd2O3/(CZ-pSi) diyot örneği, oda sıcaklığında ve 3,3x10-2 Pa basınç altında üretildi. Son olarak, Al/Gd2O3/(CZ-pSi)/Al cihazlarını tamamlamak için ön ve arka Al metal kontaklar eklendi. Gd2O3 katmanlarının yüzey morfolojisi, AFM görüntülemesi ile belirlendi. Yüzey pürüzlülüğü ortalama kare (RMS) hesaplamaları, yüzeyde ~20-30 nm çapında küresel şekilli parçacıkların bulunduğunu ortaya koydu. Atımlı lazer enerjisinin Gd2O3 katmanlarının büyümesi, parçacık boyutları, biriktirme oranları ve yüzey morfolojisi üzerinde muazzam bir etkisi bulunmaktadır. Bu nedenle silikon alttaş üzerinde oluşturulan hedefe uygulanan lazer gücü arttıkça film kalınlığı azalmaktadır. UV-Vis çalışmaları, 290 nm'de önemli ölçüde soğurmaya sahip cam üzerindeki Gd2O3 katmanları için bant yapısının, 800 mJ lazer enerjisinde biriktirilen Gd2O3 filmi için en büyük bant aralığı 3.46 eV'yi oluşturduğunu göstermiştir. Üretilen Al/Gd2O3/(CZ-pSi)/Al diyotların gama ışınlaması öncesi farklı lazer güçleri için Akım-Gerilim (I-V) ölçümleri yapılmıştır. Eğrilerin başlangıcındaki yarı logaritmik grafiklerindeki küçük artışlar dışında, tüm eğriler benzer tipik kaçak akım davranışı göstermiştir. Tüm eğriler, baskın yük taşıma mekanizmasında bir değişiklik olduğunu düşündüren belirli bir voltajın üzerinde daha dik bir artışa sahiptir. Farklı lazer enerjileriyle büyütülmüş Gd2O3 filmlerinin Kapasitans-Voltaj (C-V) ölçümleri, frekansa bağlı ölçümlerde de benzer davranış göstermektedir. Al/Gd2O3/(CZ-pSi)/Al diyotların kapasitans değerleri -3 V'a (gerilim sıfıra düşene) kadar düşmüştür. Elde edilen bulgulara göre kapasitans Al/Gd2O3/(CZ-pSi)/Al diyotların ters kutupluluğu ile ters orantılı ve aktif gerilimleri ile doğru orantılıdır. Elektriksel özellik değişiklikleri, Gd2O3/(CZ-pSi) için gama ışını kaynağı olarak Co-60 kullanılarak gama ışını radyasyon dozlarının (3, 6, 12, 18, 24, 30, 36, 42 ve 50 Gy) etkisi 100 kHz frekansında 500 mJ lazer enerjisinde üretilen filmler ile değerlendirildi. I-V eğrilerinde, artan radyasyon dozları ile akımın azalmaya başladığı ve artan radyasyon dozları ile sıfıra yaklaşma yönünde azalmaya devam ettiği ortaya çıktı. C-V eğrilerinde ise, radyasyon öncesi eğrilerin sağında kalan ve radyasyon dozlarının artmasıyla artan eğrilerde sürekli bir kayma olduğu ortaya çıktı. Dozlar 0 ile 50 Gy arasında değiştikçe oksit kapasitansının değerleri arttı. 50 Gy doz için spesifik duyarlılık değeri 44,8 ± 2,9 mV/Gy olarak belirlendi.