Properties of the Organic-on-Inorganic Semiconductor Barrier Contact Diodes In/PTCDI/p-Si and Ag/CuPc/p-Si

Abstract

The properties are discussed of organic-on-inorganic (OI) semiconductor contact barrier diodes, where the 3, 4, 9, 10 perylenetetracarboxylic diimide (PTCDI) and the copper phthalocyanine (CuPc) serve as the organic thin film. The results presented can be fully understood in terms of the thermionic emission-space-charge-limited (TE-SCL) current model introduced for OI structures with prototypical aromatic compound; 3, 4, 9, 10 perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA) vapour-deposited onto n- and p-Si substrates. Also, under moderate and high reverse bias voltages the results obtained can be understood in terms of the organic-on-inorganic heterojunction (OI-HJ) model. Comparisons between diode performances and theory are made. The contact barrier diodes exhibit high breakdown voltages and reverse dark currents limited by generation and recombination of carriers in the Si bulk. From the forward current-voltage characteristics at several temperatures, apparent OI contact barriers of Φbp = (0.63 ± 0.01) V for PTCDI and Φbp = (0.59 ± 0.02) V for CuPc, are formed with p-Si substrates. Studies of the I–U characteristics suggest the presence of an exponential trap distribution in the band-gap of the organic semiconductors used. The resulting diodes are superior in many respect to conventional Schottky diodes due to enhanced contact barriers and reduced edge effects. Nous discutons les propriétés de la jonction d'un semiconducteur organique avec un semiconducteur inorganique en utilisant des couches minces de 3,4, 9, 10 perylenetetracarboxylic diimide (PTCDI) et de phtalocyanine de cuivre (CuPc). Les resultats peuvent ětre interprété en utilisant le modèle du courant limité par le charge d'espace qui a été introduit pour 3, 4, 9, 10 perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA) déposé sur des substrats de silicium type n et p. Dans le régime des faibles et fortes tensions appliquées dans le sens inverse, les resultats peuvent ětre interpréte en utilisant le modèle de l'hétérojonction organique-sur-inorganique. Nous faisons aussi la comparaison entre l'expérimentation et la théorie. Les Ol-hétérojonctions présentent une grande tension de claquage et un courant de saturation inverse limité par l'engendrement et la lécombinaison des porteurs en volume de silicium. L'etude des caractéristique I–U à différentes températures a permis de déterminer la barrière du contact avec le substrat de silicium de type p: Φbp = (0,59 ± 0,02) V pour CuPc et Φbp = (0.63 ± 0,01) V pour PTCDI. L'analyse des caractéristiques I-U a montré la présence d'une distribution exponentiele des trapes dans la bande interdite du semiconducteur organique. Les hétérojonctions OI sont supérieures à les diodes Schottky ordinaires grǎce à la haute barrière du contact.