Comprehensive investigation on the electrical characteristic and irradiation response of SiC MOS capacitors with EU2O3 dielectrics
EU2O3 dielektrikli SiC MOS kapasitörlerinin elektriksel özellikleri ve radyasyon cevaplaının detaylı incelenmesi
- Tez No: 918559
- Danışmanlar: PROF. DR. CABİR TERZİOĞLU, DOÇ. DR. ŞENOL KAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 85
Özet
Bu çalışma, cihaz performansını artırmak için 4H-SiC üzerinde Eu₂O₃ ve SiO₂'den oluşan çift kapılı bir dielektrik yığını kullanan Al/Eu₂O₃/SiO₂/4H-SiC MOS kapasitörlerinin derinlemesine bir analizini sunmaktadır. Isıl işlem nedeniyle film yapısındaki geçiş, X-ışını kırınımı ve atomik kuvvet mikroskobu ile doğrulanmış ve 800 °C'de optimum kristalleşme ve azaltılmış stres ortaya çıkarılmıştır. Elektriksel ölçümler, orta sıcaklıkta tavlamanın kapasitans kararlılığını artırdığını ve arayüz durum yoğunluğunu azalttığını, bunun da düz bant voltajında ayarlamalara yol açtığını göstermektedir. Cihaz özellikleri, seri dirençten önemli ölçüde etkilenmiştir. Termal olarak büyütülmüş SiO₂'nin varlığının, daha yüksek tavlama sıcaklıklarında bile cihazların elektriksel özelliklerini iyileştirdiği bulunmuştur. Ancak, muhtemelen karbon göçüne ve 600 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda parazitik silikatların oluşumuna atfedilen bariyer yüksekliğinde önemli bir bozulma gözlemlenmiştir. Öte yandan, X-ışınlarının Eu₂O₃ dielektrik ince filmlerin yapısal ve elektriksel özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Filmler farklı radyasyon maruziyet sürelerine bırakılmış ve yapısal modifikasyonları X-ışını kırınımı (XRD) kullanılarak değerlendirilmiştir. Bu arada, elektriksel özellikler kapasitans-voltaj (C-V) ve iletkenlik-voltaj (G/ω-V) teknikleriyle ölçülmüştür. Sonuçlar, radyasyona daha uzun süre maruz kalmanın kafes gerginliğinde bir azalmaya ve radyasyonla indüklenen atomların yerel ısınmasına ve yeniden düzenlenmesine atfedilebilen kristal hacminde bir artışa yol açtığını göstermiştir. Elektriksel analiz, radyasyonla indüklenen kusurlar nedeniyle düz voltajda ve orta boşlukta hafif kaymalar olduğunu ve yük tutma davranışını etkilediğini ortaya koymuştur. Bu kusurlara rağmen, dielektrik malzeme test edilen radyasyon koşulları altında kararlı bir elektriksel performans göstermiştir ve bu da radyasyona dayanıklı elektronik cihazlarda kullanım potansiyelini göstermektedir. Bu sonuçlar, Eu₂O₃ filmlerinin bu tür teknolojilerde oldukça verimli bir dielektrik malzeme olarak potansiyel uygulamasını doğrulamaktadır. Bu araştırmanın, kristalinite ve kusur kontrolünü dengeleyen 4H-SiC üzerinde umut verici bir yalıtım yapısı ortaya koyduğu ve bu nedenle MOS aygıtlarını gelecekteki uygulamalar için uygun bir aday haline getirdiği söylenebilir. ANAHAR KELİMELER: 4H–SiC, MOS Kapasitör, Eu2O3, MOS Işınlama, Yüksek-k
Özet (Çeviri)
This study provides an in-depth analysis of Al/Eu₂O₃/SiO₂/4H-SiC MOS capacitors, employing a dual gate dielectric stack of Eu₂O₃ and SiO₂ on 4H-SiC to enhance device performance. The transition in film structure due to heat treatment was confirmed through X-ray diffraction and atomic force microscopy, revealing optimal crystallization and reduced stress at 800 °C. Electrical measurements show that moderate temperature annealing enhances capacitance stability and decreases interface state density, leading to adjustments in flat band voltage. The device characteristics were notably affected by series resistance. The presence of thermally grown SiO₂ was found to enhance the electrical properties of the devices even at higher annealing temperatures. However, a significant degradation in barrier height was observed, likely attributed to carbon migration and the formation of parasitic silicates at temperatures above 600 °C. On the other hand, the effect of X-rays on the structural and electrical properties of Eu₂O₃ dielectric thin films was studied. The films were exposed to different periods of radiation, and their structural modifications were evaluated using X-ray diffraction (XRD). Meanwhile, the electrical properties were measured by capacitance-voltage (C-V) and conductance-voltage (G/ω-V) techniques. The results indicated that longer exposure to radiation resulted in a decrease in lattice strain and an increase in crystal volume, which can be attributed to the local heating and rearrangement of atoms induced by radiation. Electrical analysis revealed slight shifts in the flat voltage and mid-gap due to defects induced by radiation, affecting the charge-trapping behavior. Despite these defects, the dielectric material showed stable electrical performance under the tested radiation conditions, indicating its potential for use in radiation-resistant electronic devices. These results confirm the potential application of Eu₂O₃ films as a highly efficient dielectric material in such technologies. It can be said that this research demonstrates a promising insulating structure on 4H-SiC that balances crystallinity and defect control, which makes MOS devices a suitable candidate for future applications. KEYWORDS: 4H–SiC, MOS Capacitor, Eu2O3, MOS Irradiation, High-K
Benzer Tezler
- Metamaterial based transmission lines and their applications on matching circuits
Metamateryal temelli iletim hatları ve uydurma devresi uygulamaları
TOLOGON KARATAEV
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ GÜNEŞ
- Francis Türbinli Tesislerde Dönen Vorteks Çekirdeğinin geçici rejimlere etkisinin rolü
An Investigation on the influence of rotating vortex rope on transiet working conditions for Francis turbine power plants
METİN GÜLEÇ
- Özgün yöntemlerle polikarbazol ve iletken polidimetilsiloksan/polikarbazol kompozitinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterisation of polycarbazole and conductive polydimethylsiloxane/polycarbazole composite by novel methods
IŞIK İPEK AVCI YAYLA
Doktora
Türkçe
2025
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELKIS USTAMEHMETOĞLU
- Development of QCM sensors for measuring particulate matter concentration
QCM sensörlerinin partikül madde konsantrasyonunu ölçmek için geliştirilmesi
MAJID JAVADZADEHKALKHORAN
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON
- Akustik fiberlerde dalga yayılımı
Wave propagation in acoustic fibers
MÜRVET ÜÇER (KIRCI)
Doktora
Türkçe
1997
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDevreler ve Sistemler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGÜL AKÇAKAYA