Al/HfO2/p-Si (MIS) yapının elektriksel ve dielektrik özelliklerinin sıcaklık ve radyasyona bağlı incelenmesi
The investigation of temperature and radiation dependent electrical and dielectric characteristics of Al/HfO2/p-Si (MIS) structure
- Tez No: 354215
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET MAHİR BÜLBÜL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 157
Özet
Al/HfO2/p-Si Metal-Yalıtkan-Yarıiletken (MIS) yapının doğru ve ters gerilim akım-voltaj (I-V), kapasitans-voltaj (C-V) ve iletkenlik-voltaj (G/?-V) karakteristikleri 80-400 K sıcaklık aralığında incelendi. Termoiyonik emisyon teorisi temel alınarak, sıfır potansiyel engel yüksekliği (?B0) ve idealite faktörü (n) 80 K'de sırasıyla 0.28 eV ve 3.88; 400 K'de sırasıyla 0.90 eV ve 2.81 olarak elde edildi. Klasik Richardson ln(Io/T2)?q/kT eğrisi lineer bir bölgeye sahip olup aktivasyon enerjisi ve Richardson sabitinin (A*) değerleri bu eğriden elde edildi. A* değeri p-Si için bilinen teorik değerden(? 32 A/cm2K2) oldukça küçüktür. I-V karakteristiklerinden 5 V' da ölçülen seri direnç değerleri 80 K'de 888.76 ??, 400 K'de 122.10 ?? ?arasında değişmektedir. Ayrıca, arayüzey durumları yoğunluğunun enerji dağılım profili, sıcaklığa bağlı olarak etkin engel yüksekliği (?e) ve idealite faktörünün voltaja bağlılığı dikkate alınarak elde edildi. Artan sıcaklıkla Nss değerlerinin azalması, oksit/yarıiletken arayüzeyinde moleküler yeniden yapılanmaya ve yeniden düzenlenmeye atfedildi. C-V ve G/?-V eğrilerinden, yapının elektriksel özelliklerini belirleyen Nss ve Rs gibi temel parametrelerin sıcaklığa kuvvetle bağlı olduğu görülmektedir. Seri direnç varlığında pozitif gerilim C-V eğrilerinde bir pik gözlenmektedir ve bu pikin konumu artan sıcaklıkla daha düşük voltajlara doğru kaymaktadır. Aynı zamanda Nss yoğunluğu, sıcaklığa bağlı olarak C-V ve G/w-V eğrilerinden de Hill-Coleman methodu kullanılarak elde edildi. Bunlara ilaveten, yapının sıcaklığa bağlı dielektrik özellikleri üç farklı frekans için ve 80-400 K sıcaklık aralığında incelendi. Al/HfO2/p-Si yapının durulma mekanizmalarını anlamak için elektrik modülüs özellikleri araştırıldı. Diğer taraftan Al/HfO2/p-Si yapının elektriksel karakteristikleri üzerine radyasyon etkisini görmek amacıyla, numune Co60????ışını) kaynağı kullanılarak 100 kGy doza maruz bırakıldı. I-V karakteristiklerinden hesaplanan engel yüksekliği radyasyondan sonra azalırken, idealite faktörü ve seri direnç değerlerinin radyasyondan sonra arttığı gözlenmiştir. Aynı zamanda taşıyıcı yoğunluğu, kapasitans ve iletkenlik değerlerinin radyasyon ile azaldığı görülmüştür.
Özet (Çeviri)
The forward and reverse bias current-voltage (I-V), capacitance-voltage (C-V) and conductance-voltage (G/w-V) characteristics of Al/HfO2/p-Si Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) structure have been investigated over the temperature range of 80-400 K. By using the thermionic emission (TE) theory, the zero-bias barrier height (?B) and ideality factor (n) values for the device have been obtained as 0.28 eV and 3.88 at 80 K and 0.90 eV and 2.81 at 400 K, respectively. The conventional Richardson plot of the ln(Io/T2) versus q/kT has a linear region and the values of activation energy (Ea) and Richardson constant (A*) were obtained from this plot and especially the value of A* is much lower than the known theoretical value for p-type Si. Also, the series resistance values of the device were found to change from 888.76 ? at 80 K to 122.10 ? at 400 K at 5 V. In addition, the temperature dependence of the energy distribution of interface state density (Nss) profiles has been determined by taking into account the bias dependence of the effective barrier height (?e) and n. The decrease of the values of Nss with increasing temperature has been attributed to the molecular restructuring and reordering at the oxide/semiconductor interface. The C-V and G/w-V characteristics confirm that the Nss and Rs of the diode are important parameters that strongly influence the electrical properties of MIS structure. It is found that in the presence of series resistance, the forward bias C-V plots exhibits a peak, and its position shifts towards lower voltages with increasing temperature. At the same time, the density of Nss, depending on the temperature, was determined from the C-V and G/w-V data using the Hill-Coleman Method. Also, the temperature dependence of dielectric properties at three different frequencies over the temperature range of 80-400 K was investigated. The electric modulus formalisms were employed to understand the relaxation mechanism of the Al/HfO2/p-Si structure. In addition, to see gamma-ray irradiation effect on electrical characteristics of Al/HfO2/p-Si structure, the sample was exposed to 60Co (?-ray) source at 100 kGy. It was seen that the barrier height calculated from I-V characteristics decreased, while the ideality factor and series resistance values increased after the applied radiation. It was also seen that the carrier concentration, the capacitance and conductance of device decreased with radiation dose.
Benzer Tezler
- Ag katkılı metal/HfO2/c-Si yapılarının elektriksel özelliklerinin incelenmesi
The investigation of Ag doped metal/HfO2/c-Si structures for electrical properties
ARİF DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiBatman ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN PAKMA
- Analysis and evaluation of HFO2 based resistive RAM devices for new generation non-volatile memories
Yeni nesil uçucu olmayan bellekler için HFO2 tabanlı rezistif RAM aygıtlarının analiz ve değerlendirmesi
SERDAR BURHAN TEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPAN BEK
DOÇ. DR. ŞEREF KALEM
- ALD yöntemi kullanılarak üretilmiş ZnO,TiO2 ve HfO2 ince film kaplamaların karakterizasyonu ve diyot özelliklerinin incelenmesi
Characterizations and diode properties of ZnO, TiO2 and HfO2 thin films produced by ALD
YAĞMUR ALTAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji MühendisliğiGazi ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ATEŞ
- Türkiyede üretilen bazı seramik ürünlerin indüktif eşlemeli plazma kütle spektrometresi (Icp-Ms) ve X-ışını floresans spektrometresi (Xrf) kullanılarak elementel analizlerinin yapılması
Elemental analysis of some ceramics produced in Turkey by using inductively coupled plasma-mass spectrometer (Icp-Ms) and X-ray fluorescence (Xrf) spectrometer
ÜNAL ŞAHİNCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Fizik ve Fizik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMA ÖZTÜRK YILDIRIM
- The influence of gamma irradiation on charge storage capability of HFO2/DY2O3/AL2O3 based charge trapping memory cell
HFO2/DY2O3/AL2O3 tabanlı yük yakalama bellek hücresinin yük depolama kapasitesi üzerine gama ışınımının etkisi
RACHEAL CHIRWA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiBolu Abant İzzet Baysal ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN YILMAZ