| Περίληψη: | Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάπτυξη και μελέτη διατάξεων ΜOS σε υποστρώματα πυριτίου (Si) τύπου –p. Ως διηλεκτρικό υλικό αναπτύχθηκαν λεπτά υμένια ΗfO2. Ως μέταλλο πύλης χρησιμοποιήθηκε αλουμίνιο (Αl).
Οι πιο γνωστές τεχνικές εναπόθεσης διηλεκτρικών υμενίων είναι η Επιταξία μοριακής δέσμης (Molecular Beam Epitaxy, MBE) η Ιοντοβολή (sputtering) η εναπόθεση με παλμικό laser (Pulsed Laser Deposition, PLD) η εξάχνωση υπό κενό ( Vacuum evaporation) και η εναπόθεση Ατομικού Στρώματος (Atomic Layer Deposition, ALD). Για τις ανάγκες της παρούσας διπλωματικής εργασίας χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της εναπόθεσης Ατομικού Στρώματος (ΑLD).
Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη των ηλεκτρικών ιδιοτήτων των δομών Αl/HfO2/p-Si καθώς και της διεπιφάνειας του διηλεκτρικού με το υπόστρωμα πυριτίου. Για αυτό τον σκοπό, έγινε λήψη μετρήσεων C-V, C-f και Ι-V συναρτήσει της θερμοκρασίας. Οι δομές που παρασκευάστηκαν και μελετήθηκαν είναι 5nm HfO2 /p-Si και Al/15nmHfO2 /p-Si με πάχος μετάλλου πύλης 300nm. Η εναπόθεση των διηλεκτρικών υμενίων έγινε στους 250°C με τη μέθοδο ALD ενώ η επιμετάλλωση με θερμικής εξάχνωση. Η λήψη των μετρήσεων έγινε με την μέθοδο της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας (Broadband Dielectric Spectroscopy-BDS).
Από τις χαρακτηριστικές καμπύλες C-V παρατηρούμε ότι η δομή που μελετήθηκε παρουσιάζει την τυπική συμπεριφορά δομής ΜΟS με διακριτές τις περιοχές συσσώρευσης, απογύμνωσης και αναστροφής. Ο υπολογισμός της πυκνότητας διεπιφανειακών καταστάσεων Dits έγινε με τη μέθοδο της αγωγιμότητας και υπολογίσθηκε ίσος με 7x1010 eV-1cm-2. H χημική σύσταση των διηλεκτρικών υμενίων μελετήθηκε μέσω της φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (ΧPS).
Μέσω των μετρήσεων Ι-V μελετήθηκαν οι μηχανισμοί αγωγιμότητας τόσο για θετικές όσο και για αρνητικές τάσεις, με παράμετρο τη θερμοκρασία. Για θετικές εφαρμοζόμενες τάσεις V οι μηχανισμοί αγωγιμότητας που επικρατούν είναι τρεις, στις χαμηλές θετικές τάσεις (<0,2V) επικρατεί ο ωμικός (με ενέργεια ενεργοποίησης 0.32eV), στις μεσαίες ο ελεγχόμενος από παγίδες μηχανισμός φορτίου χώρου και στις υψηλές κυριαρχεί ο μηχανισμός Schottky (με το ύψος του φράγματος δυναμικού ίσο με 0.58eV). Στις αρνητικές τάσεις, στις χαμηλές τιμές επικρατεί ξανά ο ωμικός μηχανισμός (με ενέργεια ενεργοποίησης 0,32eV) ενώ στις υψηλές ο μηχανισμός Poole Frenkel (με το ύψος του φράγματος δυναμικού ίσο με 0.33eV).
|
|---|
