Geliştirilmiş n–Si Schottky Diyot Performansı için %3 Sn Katkılı ZnO İnce Filmlerde Yapı–Kusur–Arayüz Mühendisliği

Creative Commons License

Çokduygulular E.

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, cilt.14, sa.1, ss.506-515, 2026 (TRDizin)

Özet

Sn katkısının ZnO tabanlı Schottky aygıtların yapısal, optik ve elektriksel performansı üzerindeki etkisi sistematik olarak incelenmiştir. Katkısız ve %3 Sn katkılı ZnO ince filmler, RF magnetron eş-püskürtme yöntemiyle cam ve n-tipi Si altlıklar üzerine biriktirilmiştir. X-ışını kırınımı analizleri, belirgin bir (002) tercihli yönlenmeye sahip hekzagonal wurtzit yapıyı doğrulamış; Sn katkısının pik şiddetini artırarak ve mikrogerinimi azaltarak kristal kalitesini iyileştirdiğini göstermiştir. Fotolüminesans analizleri, Sn katkılı filmde bant kenarı emisyonunun güçlendiğini ve derin seviye emisyonunun baskılandığını ortaya koymuş, bu durum kusur kaynaklı yeniden birleşmenin azaldığını göstermiştir. UV–Görünür bölge ölçümleri, görünür bölgede yüksek optik geçirgenlik ve Sn katkısına bağlı olarak optik bant yapısında hafif bir değişim olduğunu göstermiştir. Akım–gerilim ölçümleri, hem Au/ZnO/n–Si hem de Au/ZnO:Sn (%3)/n–Si yapılarında Schottky tipi doğrultucu davranışı doğrulamış; Sn katkılı aygıtta daha yüksek bariyer yüksekliği, daha düşük seri direnç, iyileştirilmiş idealite faktörü ve artmış ileri yön akım iletimi gözlenmiştir. Sn katkılı yapı üzerinde gerçekleştirilen kapasite–gerilim ve iletkenlik–gerilim analizleri (50 kHz–1 MHz), kararlı bir tükenim bölgesi davranışı ve sınırlı aktif arayüz durum tepkisi göstermiştir. Elde edilen sonuçlar, kontrollü Sn katkısının ZnO ince filmlerde kristal bütünlüğü, kusur modülasyonu ve Schottky bağlantı performansını iyileştirdiğini ve bu yapıların UV algılama ile optoelektronik doğrultucu uygulamaları için uygunluğunu desteklediğini doğrulamaktadır.
The influence of Sn incorporation on the structural, optical, and electrical performance of ZnO- based Schottky devices was systematically investigated. Undoped and 3% Sn-doped ZnO thin films were deposited on glass and n-type Si substrates by RF magnetron co -sputtering. X-ray diffraction confirmed a hexagonal wurtzite structure with a pronounced (002) preferred orientation, while Sn incorporation improved crystalline quality by increasing peak intensity and reducing microstrain. Photoluminescence analysis revealed enhanced near-band-edge emission and suppressed deep-level emission in the Sn-doped film, indicating reduced defect-related recombination. UV–Visible measurements demonstrated high optical transmittance in the visible region and slight modification of the optical band structure upon Sn doping. Current–voltage measurements verified Schottky-type rectifying behavior in both Au/ZnO/n–Si and Au/ZnO:Sn (3%)/n–Si structures, with the Sn-doped device exhibiting a higher barrier height, lower series resistance, an improved ideality factor, and enhanced forward current conduction. Capacitance– voltage and conductance–voltage analyses performed on the Sn-doped structure (50 kHz–1 MHz) indicated stable depletion-region behavior and limited active interface-state response. These results confirm that controlled Sn incorporation enhances crystalline integrity, defect modulation, and Schottky junction performance in ZnO thin films, supporting their applicability in UV detection and optoelectronic rectifier applications.