Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός δομών p-Si / Ta2O5 / Al
Είναι γνωστό ότι η διαρκής σμίκρυνση των διαστάσεων ενός τρανζίστορ MOSFET συνοδεύεται από την παράλληλη διαρκή μείωση των διαστάσεων του SiΟ2 ως διηλεκτρικού πύλης, καθώς για πάχη μικρότερα των 2nm το SiO2 καθίσταται διαπερατό από ηλεκτρικούς φορείς λόγω του φαινομένου σήραγγος. Ως εκ τούτου η σύγχ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2018
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/11189 |
| id |
nemertes-10889-11189 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Δομές MOS Υλικά υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς Εναπόθεση ατομικού στρώματος Πυρίτιο τύπου p Χημικός χαρακτηρισμός Δομικός χαρακτηρισμός Ηλεκτρικός χαρακτηρισμός Μηχανισμοί αγωγιμότητας 537.24 ΜOS structures High-k dielectrics Atomic layer deposition (ALD) p-Silicon (p-Si) Ta2O5 Chemical characterization Structural characterization Electrical characterization Conduction mechanisms |
| spellingShingle |
Δομές MOS Υλικά υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς Εναπόθεση ατομικού στρώματος Πυρίτιο τύπου p Χημικός χαρακτηρισμός Δομικός χαρακτηρισμός Ηλεκτρικός χαρακτηρισμός Μηχανισμοί αγωγιμότητας 537.24 ΜOS structures High-k dielectrics Atomic layer deposition (ALD) p-Silicon (p-Si) Ta2O5 Chemical characterization Structural characterization Electrical characterization Conduction mechanisms Κόρκος, Σπυρίδων Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός δομών p-Si / Ta2O5 / Al |
| description |
Είναι γνωστό ότι η διαρκής σμίκρυνση των διαστάσεων ενός τρανζίστορ MOSFET συνοδεύεται από την παράλληλη διαρκή μείωση των διαστάσεων του SiΟ2 ως διηλεκτρικού πύλης, καθώς για πάχη μικρότερα των 2nm το SiO2 καθίσταται διαπερατό από ηλεκτρικούς φορείς λόγω του φαινομένου σήραγγος. Ως εκ τούτου η σύγχρονη τάση στην παρασκευή δομών MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) είναι η αντικατάσταση του SiO2 ως διηλεκτρικού στρώματος από άλλα οξείδια, τα οποία έχουν μεγαλύτερη διηλεκτρική σταθερά με σκοπό την ανάπτυξη δομών με μεγαλύτερο φυσικό πάχος του διηλεκτρικού και ταυτόχρονα μικρότερο ισοδύναμο ηλεκτρικό πάχος. διατάξεων αυτών. Ένα από αυτά είναι και το πεντοξείδιο του ταντάλιου (Τa2O5), το οποίο έχει υψηλή διηλεκτρική σταθερά, χημική και θερμική σταθερότητα και εξασφαλίζει μικρά ρεύματα διαρροής.
Στο πλαίσιο, της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας, μελετήθηκε η ανάπτυξη και ο χαρακτηρισμός δομών MOS p-Si/Ta2O5/Al. Ειδικότερα, εναποτέθηκαν σε p τύπου υποστρώματα Πυριτίου, λεπτά υμένια Ta2O5 πάχους 7 και 20nm μέσω της τεχνικής Εναπόθεσης Ατομικού Στρώματος (Atomic Layer Deposition-ALD). Η θερμοκρασία εναπόθεσης ήταν 300 ° C. Ακολούθησε ο χημικός, δομικός και ηλεκτρικός χαρακτηρισμός των δομών αυτών. Η μελέτη της χημικής σύστασης των δομών πραγματοποιήθηκε μέσω της τεχνικής XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). Από την ανάλυση των φασμάτων XPS επαληθεύτηκε η στοιχειομετρία των λεπτών υμενίων Τa2O5 καθώς και η ανάπτυξη ενός ενδιάμεσου στρώματος υποξειδίων του Πυριτίου. Από τις εικόνες υψηλής ανάλυσης HRΤΕΜ (High Resolution Transmission Electron Microscope) προκύπτει ότι το Τa2O5 αναπτύσσεται ως άμορφο κι επιπλέον επιβεβαιώνεται η ύπαρξη του ενδιάμεσου στρώματος υποξειδίων του Πυριτίου, πάχους 1.0-1.5nm. Ο ηλεκτρικός χαρακτηρισμός των δομών p-Si / 20nm Ta2O5 / Al, πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο διηλεκτρικής φασματοσκοπίας ευρέως φάσματος όπου ελήφθησαν μετρήσεις C-V και C-f με παράμετρο τη θερμοκρασία και τη συχνότητα, καθώς επίσης και με μετρήσεις συνεχούς (Ι-V) με παράμετρο τη θερμοκρασία. Υπολογίσθηκε το ισοδύναμο ηλεκτρικό πάχος (EOT) το οποίο παρουσιάζει αρκετά υψηλή τιμή ως αποτέλεσμα της ύπαρξης του διεπιφανειακού στρώματος υποξειδίων του Πυριτίου. Η μελέτη των μηχανισμών ηλεκτρικής αγωγιμότητας πραγματοποιήθηκε μέσω των μετρήσεων συνεχούς (I-V) τόσο για αρνητικές όσο και για θετικές τάσεις. Από την ανάλυση των χαρακτηριστικών, προκύπτει στην περιοχή των χαμηλών τάσεων ο ίδιος Ωμικός μηχανισμός αγωγιμότητας με ενέργεια ενεργοποίησης 0.67eV. Αντίθετα, στην περιοχή των υψηλών θετικών τάσεων, ο μηχανισμός αγωγιμότητας είναι ο Schottky με ενέργεια ενεργοποίησης 0.61eV, ενώ στην περιοχή υψηλών αρνητικών τάσεων επικρατεί ο ελεγχόμενος από παγίδες μηχανισμός φορτίου χώρου, με ενέργεια αβαθών παγίδων 0.1eV. |
| author2 |
Κροντηράς, Χριστόφορος |
| author_facet |
Κροντηράς, Χριστόφορος Κόρκος, Σπυρίδων |
| format |
Thesis |
| author |
Κόρκος, Σπυρίδων |
| author_sort |
Κόρκος, Σπυρίδων |
| title |
Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός δομών p-Si / Ta2O5 / Al |
| title_short |
Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός δομών p-Si / Ta2O5 / Al |
| title_full |
Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός δομών p-Si / Ta2O5 / Al |
| title_fullStr |
Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός δομών p-Si / Ta2O5 / Al |
| title_full_unstemmed |
Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός δομών p-Si / Ta2O5 / Al |
| title_sort |
ανάπτυξη και χαρακτηρισμός δομών p-si / ta2o5 / al |
| publishDate |
2018 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/11189 |
| work_keys_str_mv |
AT korkosspyridōn anaptyxēkaicharaktērismosdomōnpsita2o5al AT korkosspyridōn growthandcharacterizationofpsita2o5alstructures |
| _version_ |
1799945002464313344 |
| spelling |
nemertes-10889-111892022-09-06T05:13:00Z Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός δομών p-Si / Ta2O5 / Al Growth and characterization of p-Si / Ta2O5 /Al structures Κόρκος, Σπυρίδων Κροντηράς, Χριστόφορος Korkos, Spyridon Κροντηράς, Χριστόφορος Γεώργα, Σταυρούλα Κέννου, Στέλλα Δομές MOS Υλικά υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς Εναπόθεση ατομικού στρώματος Πυρίτιο τύπου p Χημικός χαρακτηρισμός Δομικός χαρακτηρισμός Ηλεκτρικός χαρακτηρισμός Μηχανισμοί αγωγιμότητας 537.24 ΜOS structures High-k dielectrics Atomic layer deposition (ALD) p-Silicon (p-Si) Ta2O5 Chemical characterization Structural characterization Electrical characterization Conduction mechanisms Είναι γνωστό ότι η διαρκής σμίκρυνση των διαστάσεων ενός τρανζίστορ MOSFET συνοδεύεται από την παράλληλη διαρκή μείωση των διαστάσεων του SiΟ2 ως διηλεκτρικού πύλης, καθώς για πάχη μικρότερα των 2nm το SiO2 καθίσταται διαπερατό από ηλεκτρικούς φορείς λόγω του φαινομένου σήραγγος. Ως εκ τούτου η σύγχρονη τάση στην παρασκευή δομών MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) είναι η αντικατάσταση του SiO2 ως διηλεκτρικού στρώματος από άλλα οξείδια, τα οποία έχουν μεγαλύτερη διηλεκτρική σταθερά με σκοπό την ανάπτυξη δομών με μεγαλύτερο φυσικό πάχος του διηλεκτρικού και ταυτόχρονα μικρότερο ισοδύναμο ηλεκτρικό πάχος. διατάξεων αυτών. Ένα από αυτά είναι και το πεντοξείδιο του ταντάλιου (Τa2O5), το οποίο έχει υψηλή διηλεκτρική σταθερά, χημική και θερμική σταθερότητα και εξασφαλίζει μικρά ρεύματα διαρροής. Στο πλαίσιο, της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας, μελετήθηκε η ανάπτυξη και ο χαρακτηρισμός δομών MOS p-Si/Ta2O5/Al. Ειδικότερα, εναποτέθηκαν σε p τύπου υποστρώματα Πυριτίου, λεπτά υμένια Ta2O5 πάχους 7 και 20nm μέσω της τεχνικής Εναπόθεσης Ατομικού Στρώματος (Atomic Layer Deposition-ALD). Η θερμοκρασία εναπόθεσης ήταν 300 ° C. Ακολούθησε ο χημικός, δομικός και ηλεκτρικός χαρακτηρισμός των δομών αυτών. Η μελέτη της χημικής σύστασης των δομών πραγματοποιήθηκε μέσω της τεχνικής XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). Από την ανάλυση των φασμάτων XPS επαληθεύτηκε η στοιχειομετρία των λεπτών υμενίων Τa2O5 καθώς και η ανάπτυξη ενός ενδιάμεσου στρώματος υποξειδίων του Πυριτίου. Από τις εικόνες υψηλής ανάλυσης HRΤΕΜ (High Resolution Transmission Electron Microscope) προκύπτει ότι το Τa2O5 αναπτύσσεται ως άμορφο κι επιπλέον επιβεβαιώνεται η ύπαρξη του ενδιάμεσου στρώματος υποξειδίων του Πυριτίου, πάχους 1.0-1.5nm. Ο ηλεκτρικός χαρακτηρισμός των δομών p-Si / 20nm Ta2O5 / Al, πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο διηλεκτρικής φασματοσκοπίας ευρέως φάσματος όπου ελήφθησαν μετρήσεις C-V και C-f με παράμετρο τη θερμοκρασία και τη συχνότητα, καθώς επίσης και με μετρήσεις συνεχούς (Ι-V) με παράμετρο τη θερμοκρασία. Υπολογίσθηκε το ισοδύναμο ηλεκτρικό πάχος (EOT) το οποίο παρουσιάζει αρκετά υψηλή τιμή ως αποτέλεσμα της ύπαρξης του διεπιφανειακού στρώματος υποξειδίων του Πυριτίου. Η μελέτη των μηχανισμών ηλεκτρικής αγωγιμότητας πραγματοποιήθηκε μέσω των μετρήσεων συνεχούς (I-V) τόσο για αρνητικές όσο και για θετικές τάσεις. Από την ανάλυση των χαρακτηριστικών, προκύπτει στην περιοχή των χαμηλών τάσεων ο ίδιος Ωμικός μηχανισμός αγωγιμότητας με ενέργεια ενεργοποίησης 0.67eV. Αντίθετα, στην περιοχή των υψηλών θετικών τάσεων, ο μηχανισμός αγωγιμότητας είναι ο Schottky με ενέργεια ενεργοποίησης 0.61eV, ενώ στην περιοχή υψηλών αρνητικών τάσεων επικρατεί ο ελεγχόμενος από παγίδες μηχανισμός φορτίου χώρου, με ενέργεια αβαθών παγίδων 0.1eV. It is well established that the continuous diminishing of the MOSFET transistor’s dimensions is followed by the continuous reduction of the SiO2 dimensions as gate dielectric, since, for thicknesses less than 2nm, the SiO2 becomes transparent to electrical carriers due to the tunneling effect. Therefore, the current trend in MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) technology is the replacement of SiO₂ by other oxides, with intrinsic higher dielectric constant in order to develop structures with lower equivalent oxide thickness (EOT). A promising candidate is tantalum pentoxide (Ta2O5), exhibiting high dielectric constant, chemical and thermal stability thus ensuring lower leakage currents. The aim of the present work is the development and chemical, structural and electrical characterization of p-Si / Ta2O5 / Al MOS structures. Specifically, thin Ta2O5 films of 7 and 20nm thickness were deposited on p-type silicon substrates, by Atomic Layer Deposition (ALD) technique at 300 ° C. The study of the chemical composition of the structures was carried out using XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) technique. From the analysis of the XPS spectra the stoichiometry of Ta2O5 thin films was verified as well as the development of an intermediate layer of silicon suboxides (SiOx). High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM), reveals that Ta2O5 is amorphous and further on confirms the existence of an 1.0-1.5nm thickness of SiOx. The electrical characterization of the p-Si / 20nm Ta2O5 / Al MOS structures was performed by Broadband dielectric spectroscopy (BDS), where C-V and C-f measurements were obtained with temperature and frequency as parameters. I-V measurements were also performed as a function of temperature. The calculated equivalent oxide thickness (EOT) is rather high (9.6 nm) due to the silicon dioxide interfacial layer. I-V measurements were performed for both negative and positive voltages revealing the prevailing conduction mechanisms. Specifically, in the low voltage region (positive and negative), the Ohmic conduction mechanism is the dominant one with an activation energy of 0.67eV. In contrast, in the high positive voltage region, the Schottky conduction mechanism is dominant, with an activation energy of 0.61eV while in the high negative voltage region the trap control space charge limited conduction prevails with a shallow trap activation energy of 0.1eV. 2018-04-12T06:34:22Z 2018-04-12T06:34:22Z 2018-03 Thesis http://hdl.handle.net/10889/11189 gr 0 application/pdf |
