Published August 29, 2022 | Version v1
Publication Open

Effects of zinc doping on current-voltage and capacitance-voltage-frequency characteristics of n-silicon Schottky diode

Creators

  • 1. Egerton University
  • 2. University of South Africa

Description

Abstract The electrical properties of diodes fabricated on undoped and zinc-doped n -silicon were investigated in this study using current-voltage ( I-V ) and capacitance-voltage-frequency ( C-V-f ) techniques. The diode's forward current decreased by a factor of ~ 3, while the reverse current increased by a factor of ~ 37, confirming that the charge carrier recombination/ compensation is due to the generation of minority carrier to increase the resistivity of the material upon doping with zinc (Zn). The generation of the minority carrier was confirmed by inversion of the material conductivity form n - to p -type, as shown by C -V results. Furthermore, the findings reveal that Zn is responsible for a reduction in full depletion voltage (FDV), implying that the space charge region (SCR) width can be fully depleted with a relatively low applied voltage. For the manufacturing of sensitive radiation detectors, a low FDV is critical. A change in the electrical properties of the diode was explained in terms of defects induced in the Si bulk by Zn. The properties of Zn-doped n -Si-based diodes are similar to those of radiation-hard Si devices. In general, the findings suggest that Zn might be employed as a possible dopant in a study to improve the characteristics of Si to fabricate radiation-hard and sensitive detectors for current and future high energy physics experiments.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم التحقيق في الخواص الكهربائية للصمامات الثنائية المصنعة على السيليكون غير المنشط والمخدر بالزنك في هذه الدراسة باستخدام تقنيات الجهد الحالي ( I - V ) وتقنيات السعة والجهد والتردد (C - V - f). انخفض تيار الصمام الثنائي الأمامي بعامل ~ 3، بينما زاد التيار العكسي بعامل ~ 37، مما يؤكد أن إعادة تركيب/ تعويض ناقل الشحنة يرجع إلى توليد ناقل الأقلية لزيادة مقاومة المادة عند المنشطات بالزنك (Zn). تم تأكيد توليد ناقل الأقلية من خلال عكس نموذج موصلية المواد من n - إلى p - type، كما هو موضح في نتائج C - V. علاوة على ذلك، تكشف النتائج أن الزنك مسؤول عن تقليل جهد الاستنفاد الكامل (FDV)، مما يعني أنه يمكن استنفاد عرض منطقة الشحن الفضائي (SCR) بالكامل بجهد مطبق منخفض نسبيًا. بالنسبة لتصنيع أجهزة الكشف عن الإشعاع الحساسة، يعد انخفاض FDV أمرًا بالغ الأهمية. تم شرح التغيير في الخواص الكهربائية للصمام الثنائي من حيث العيوب المستحثة في كتلة Si بواسطة Zn. تتشابه خصائص الصمامات الثنائية المستندة إلى n - Si المخدرة بالزنك مع خصائص أجهزة Si الصلبة الإشعاعية. بشكل عام، تشير النتائج إلى أنه يمكن استخدام الزنك كمواد إشابة محتملة في دراسة لتحسين خصائص Si لتصنيع كاشفات صلبة وحساسة للإشعاع لتجارب فيزياء الطاقة العالية الحالية والمستقبلية.

Translated Description (French)

Résumé Les propriétés électriques des diodes fabriquées sur du silicium n non dopé et dopé au zinc ont été étudiées dans cette étude en utilisant des techniques courant-tension ( I-V ) et capacité-tension-fréquence (C-V-f). Le courant direct de la diode a diminué d'un facteur ~ 3, tandis que le courant inverse a augmenté d'un facteur ~ 37, confirmant que la recombinaison/ compensation des porteurs de charge est due à la génération de porteurs minoritaires pour augmenter la résistivité du matériau lors du dopage au zinc (Zn). La génération du porteur minoritaire a été confirmée par inversion de la forme de conductivité du matériau de type n - à p -, comme le montrent les résultats C -V. En outre, les résultats révèlent que Zn est responsable d'une réduction de la tension de pleine déplétion (FDV), ce qui implique que la largeur de la région de charge d'espace (SCR) peut être complètement appauvrie avec une tension appliquée relativement faible. Pour la fabrication de détecteurs de rayonnement sensibles, un FDV faible est critique. Un changement dans les propriétés électriques de la diode a été expliqué en termes de défauts induits dans la masse de Si par Zn. Les propriétés des diodes à base de n -Si dopées au Zn sont similaires à celles des dispositifs Si durs au rayonnement. En général, les résultats suggèrent que le Zn pourrait être utilisé comme dopant possible dans une étude visant à améliorer les caractéristiques du Si pour fabriquer des détecteurs résistants au rayonnement et sensibles pour les expériences actuelles et futures de physique des hautes énergies.

Translated Description (Spanish)

Resumen Las propiedades eléctricas de los diodos fabricados en n-silicio no dopado y dopado con zinc se investigaron en este estudio utilizando técnicas de corriente-voltaje ( I-V ) y capacitancia-voltaje-frecuencia ( C-V-f). La corriente directa del diodo disminuyó en un factor de ~ 3, mientras que la corriente inversa aumentó en un factor de ~ 37, lo que confirma que la recombinación/ compensación del portador de carga se debe a la generación de un portador minoritario para aumentar la resistividad del material tras el dopaje con zinc (Zn). La generación del portador minoritario se confirmó mediante la inversión de la forma de conductividad del material n - al tipo p, como se muestra en los resultados de C -V. Además, los hallazgos revelan que el Zn es responsable de una reducción en el voltaje de agotamiento total (FDV), lo que implica que el ancho de la región de carga espacial (SCR) puede agotarse por completo con un voltaje aplicado relativamente bajo. Para la fabricación de detectores de radiación sensibles, un FDV bajo es fundamental. Se explicó un cambio en las propiedades eléctricas del diodo en términos de defectos inducidos en el Si a granel por Zn. Las propiedades de los diodos basados en n-Si dopados con Zn son similares a las de los dispositivos de Si resistentes a la radiación. En general, los hallazgos sugieren que el Zn podría emplearse como un posible dopante en un estudio para mejorar las características del Si para fabricar detectores resistentes a la radiación y sensibles para experimentos actuales y futuros de física de alta energía.

Files

latest.pdf.pdf

Files (695.3 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:64da0e627b1aefbe4765b5430f81c20b
695.3 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
آثار تعاطي المنشطات الزنك على خصائص الجهد الحالي والسعة والجهد والتردد من n - silicon Schottky diode
Translated title (French)
Effets du dopage au zinc sur les caractéristiques courant-tension et capacité-tension-fréquence de la diode Schottky n-silicium
Translated title (Spanish)
Efectos del dopaje con zinc en las características de corriente-tensión y capacitancia-tensión-frecuencia del diodo Schottky de n-silicio

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4293484446
DOI
10.21203/rs.3.rs-1865360/v1

Is supplement to
https://openalex.org/W4363648978 (Other)
https://openalex.org/W2101612775 (Other)
https://openalex.org/W2081914540 (Other)
https://openalex.org/W2081318923 (Other)
https://openalex.org/W2074595704 (Other)
https://openalex.org/W2056587999 (Other)
https://openalex.org/W2022770920 (Other)
https://openalex.org/W2010501052 (Other)
https://openalex.org/W1983595823 (Other)
https://openalex.org/W1975831520 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Kenya

References

  • https://openalex.org/W1575734985
  • https://openalex.org/W1837993869
  • https://openalex.org/W1965210609
  • https://openalex.org/W1967304350
  • https://openalex.org/W1971992522
  • https://openalex.org/W1978258762
  • https://openalex.org/W1983608803
  • https://openalex.org/W1990849511
  • https://openalex.org/W1997261308
  • https://openalex.org/W2010653021
  • https://openalex.org/W2012077710
  • https://openalex.org/W2016578235
  • https://openalex.org/W2025345245
  • https://openalex.org/W2030070379
  • https://openalex.org/W2055087577
  • https://openalex.org/W2056801390
  • https://openalex.org/W2065085059
  • https://openalex.org/W2070135476
  • https://openalex.org/W2077397685
  • https://openalex.org/W2080702685
  • https://openalex.org/W2084265044
  • https://openalex.org/W2085170929
  • https://openalex.org/W2133392409
  • https://openalex.org/W2152432134
  • https://openalex.org/W2261187753
  • https://openalex.org/W2321655743
  • https://openalex.org/W2795719302
  • https://openalex.org/W2804541588
  • https://openalex.org/W2883060200
  • https://openalex.org/W2908481925
  • https://openalex.org/W3045425155
  • https://openalex.org/W3093702502
  • https://openalex.org/W3129287049
  • https://openalex.org/W3182365215
  • https://openalex.org/W3194158535
  • https://openalex.org/W3208004271
  • https://openalex.org/W4231860050
  • https://openalex.org/W842367110