Please use this identifier to cite or link to this item:
Title: Ανάπτυξη και μελέτη δομών Αl / HfO2 / p-Si
Authors: Χατζηπαπάς, Ιωάννης
Keywords: Υποστρώματα πυριτίου
Διηλεκτρικά υμένια
Keywords (translated): Mos
Abstract: 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).
Abstract (translated): The aim of the present work is the development and study of MOS devices on p type silicon (Si) substrates. Thin films of HfO2, grown via Atomic Layer Deposition –ALD- technique, was used as gate dielectric and Al as metal gate. The aim of the present work is to study the electrical properties of Al/HfO2 p-/Si structures as well as the interface of dielectric with silicon substrate. For this purpose, C-V, C-f and I-V measurements were obtained as a function of temperature. The structures prepared and studied are 5nmHfO2/p-Si and Al/5nmHfO2/p-Si with a gate metal thickness of 300nm. The dielectric films were deposited at 250 ° C by the ALD method. Τhe metal film deposited through thermal evaporation. Measurements were obtained by Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS). C-V characteristics reveal that Al/15nm HfO2/p-Si exhibit a typical C-V of a MOS structure with distinct regimes of accumulation, depletion and inversion. The density of Dit’s interfacial states were calculated through the conductance method equal to 7x1010 eV-1cm-2. The chemical composition of the dielectric films was studied by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The conduction mechanisms that govern the structure were investigated through I-V measurements for both positive and negative voltages, with temperature as a parameter. For positive applied voltages the dominant conduction mechanisms are three, i.e. at low positive voltages (<0.2V) the governing conduction mechanism is the the ohmic (with activation energy of 0.32eV), at the mid-values voltages the conduction is dominated by the trap controlled space charge limited mechanism and at voltages higher than 1.4V Schottky mechanism (with a potential barrier height equal to 0.58eV) is present. At low negative voltages, the dominant mechanism is the ohmic (with activation energy of 0.32eV) and for voltages higher than 1.8V the Poole Frenkel seems to be the governing mechanism (with a potential barrier height equal to 0.58eV).
Appears in Collections:Τμήμα Φυσικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΙ ΜΕΛΕΤΗ ΔΟΜΩΝ Al HfO 2 p Si.pdf3.58 MBAdobe PDFView/Open

This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons