Ara yüzey seviyelerinin ve seri direncin Sc2O3 MOS kapasitörünün elektriksel karakteristiği üzerine etkisi

Bu çalışmanın amacı, ara yüzey seviyelerinin ve seri direcin (Rs) Sc2O3 (Skandiyum oksit) MOS (Metal Oksit Yarıiletken) kapasitörünün elektriksel karakteristiği üzerine etkisini frekansa bağlı olarak incelemektir. Sc2O3 MOS kapasitörü RF magnetron saçtırma sistemi ile p tipi Si (100) üzerine üretilmiştir. Kapasitörün kapasitans-voltaj (C-V) ve iletkenlik-voltaj (G/ω-V) değişimleri, 50 kHz ile 1 MHz arasında değişen altı farklı frekansta ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlar, C-V eğrisinin yığılım bölgesinde kapasitans değerlerinin Rs etkisi nedeniyle beklenenden daha düşük olduğunu göstermiştir. G/ω-V karakteristiklerinde ise bu etki nedeniyle pikler belirgin bir şekilde oluşmamıştır. Bu nedenle, ölçüm sonuçlarına Rs düzeltmesi yapıldıktan sonra, Sc2O3/Si ara yüzeyinde oluşan tuzak yüklerinin elektriksel karakteristik üzerine etkisi incelenmiştir. Frekansın azalmasıyla birlikte ara yüzey tuzak yükleri, AC voltaj sinyalini takip ederek ölçülen kapasitansa katkı sağlamışlardır. Düzeltilmiş C-V ve G/ω-V ölçümlerinden yararlanılarak p tipi Si için taşıyıcı konsantrasyonu (Na), bariyer yüksekliği (ΦB) ve Fermi seviyesi - değerlik bandı arasındaki enerji farkı (EF) değerleri hesaplanmıştır.

Effects of interface states and series resistance on the electrical characteristic of Sc2O3 MOS capacitor

The purpose of this study is to examine the effects of interface states and series resistance (Rs) on the electrical characteristic of Sc2O3 (Scandium oxide) MOS (Metal Oixde Semiconductor) capacitor depending on frequency. Sc2O3 MOS capacitor was produced on p type Si (100) with RF magnetron sputtering. Capacitance-voltage (C-V) and Conductance-voltage (G/ω-V) variations of the capacitor were measured in six different frequencies ranging from 50 kHz to 1 MHz. The obtained results showed that the capacitance values in the accumulation region of the C-V curve were lower than expected due to the Rs effect. The peaks were not clearly formed due to this effect in the G/ω-V characteristics. For this reason, the effect of trap charges on the electrical characteristics of the Sc2O3/Si interface was investigated after Rs correction applied to the experimental results. The interface trap-charges contributed to the measured capacitance with decreasing frequency by following the AC voltage signal. The carrier concentration for p type Si (Na), barrier height (ΦB), and energy difference between the bulk Fermi level and valance band edge (EF) values were calculated by using corrected C-V and G/ω-V measurements.

___

  • A. Laha, H.J. Osten ve A. Fissel, “Influence of interface layer composition on the electrical properties of epitaxial Gd2O3 thin films for high-k application,” Applied Physics Letters, vol. 90, no. 25, 252101 pp. 1–3, 2007.
  • A. Kahraman, E. Yilmaz, S. Kaya ve A. Aktag, “Effects of post deposition annealing, interface states and and series resistance on electrical characteristics of HfO2 MOS capacitors,” Journal of Materials Science: Materials in Electronics, vol. 26, no. 11, pp. 8277–8284, 2015.
  • G. Niu, B. Vilquin, N. Baboux, C. Plossu, L. Becerra, G. Saint-Grions ve G. Hollinger, “Growth temperature dependence of epitaxial Gd2O3 films on Si (111),” Microelectronic Engineering, vol. 86, no. 7- 9, pp. 1700–1702, 2009.
  • P.M. Tirmali, A.G. Khairnar, B.N. Joshi ve A.M. Mahajan, “Structural and electrical characteristics of RF-sputtered HfO2 high-k based MOS capacitors,” Solid State Electronics, vol. 62, no. 1, pp. 44–47, 2011.
  • M.M. Pejovic, M.M. Pejovic ve A.B. Jaksic, “Contribution of fixed oxide traps to sensitivity of pMOS dosimeters during gamma ray irradiation and annealing at room an elevated temperature,” Sensors and Actuators A: Physical, vol. 174, pp. 85–90, 2012.
  • T-M. Pan, ve W-S.Huang, “Effects of oxygen content on the structural and electrical properties of thin Yb2O3 gate dielectrics,” Journal of the Electrochemical Society, vol. 156, no. 1, pp. G6-G11, 2009.
  • A. Kahraman, E. Yilmaz, A. Aktag ve S. Kaya, “Evaluation of radiation sensor aspects of Er2O3 MOS capacitors under zero gate bias,” IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 63, no. 2, pp. 1284–1293, 2016.
  • A.G. Khairnar ve A.M. Mahajan, “Effect of post-deposition annealing temperature on RF-sputtered HfO2 thin film for advanced CMOS technology,” Solid State Sciences, vol. 15, pp. 24–28, 2013.
  • W.J. Choi, E.J. Lee, K.S. Yoon, J.Y. Yang, J.H. Lee, C.O. Kim ve J.P. Hong, “Annealing effects of HfO2 gate thin films formed by inductively coupled sputtering technique at room temperature,” Journal of the Korean Physical Society, vol. 45, pp. S716–S719, 2004.
  • E. Yilmaz, İ. Doğan ve R. Turan, “Use of Al2O3 layer as a dielectric in MOS based radiation sensors fabricated on a Si substrate,” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, vol. 266, no. 22, pp. 4896–4898, 2008.
  • A.M. Mahajan, A.G. Khairnar ve B.J. Thibeault, “High dielectric constant ZrO2 films by atomic layer deposition technique on germanium substrates,” Silicon, vol. 8, no. 3, pp. 345–350, 2016.
  • S. Yue, F. Wei, Y. Wang, Z. Yang, H. Tu ve J. Du, “Phase control of magnetron sputtering deposited Gd2O3 thin films as high-k gate dielectrics,” Journal of Rare Earths, vol. 26, no. 3, pp. 371–374, 2008.
  • A. Kahraman ve E. Yilmaz, “Irradiation response of radio-frequency sputtered Al/Gd2O3/p-Si MOS capacitors,” Radiation Physics and Chemistry, vol. 139, pp. 114– 119, 2017.
  • J. Wang, J. Hao, Y. Zhang, H. Wei ve J. Mu, “Molecular beam epitaxy deposition of Gd2O3 thin films on SrTiO3 (100) substrate,” Physica E-Low-Dimensional Systems&Nanostructures, vol. 80, pp. 185– 190, 2016.
  • M.A. Pampillón, P.C. Feijoo, ve E.S. Andrés, “Electrical characterization of gadolinium oxide deposited by high pressure sputtering with in situ plasma oxidation,” Microelectronic Engineering, vol. 109, pp. 236-239 (2013).
  • A. Tataroğlu, “Metal-Oksit-Yarıiletken (MOS) dielektrik parametrelerinin frekans ve sıcaklık bağımlılığı,” Gazi University Journal of Science, vol. 4, no. 2, pp. 65–70, 2016.
  • X. Wang, O.I. Saadat, B. Xi, X. Lou, R.J. Molnar, T. Palacios ve R.G. Gordon, “Atomic layer deposition of Sc2O3 for passivating AlGanN/GaN high electron mobility transistor devices,” Applied Physics Letters, vol. 101, 232109 pp. 1–4, 2012.
  • S. Kaya ve E. Yilmaz, “A comprehensive study on the frequency-dependent electrical characteristics of Sm2O3 MOS capacitors,” IEEE Transactions on Electron Device, vol. 62, no. 3, pp. 980-987, 2015.
  • E.H. Nicollian ve J.R. Brews, “MOS (Metal Oxide Semiconductor) Physics and Technology,” Wiley, London, 1982.
  • M. Siva Pratap Reddy, J.-H. Lee ve J.-S. Jang, “Frequency dependent series resistance and interface states in Au/bioorganic/ n-GaN Schottky structures based on DNA biopolymer,” Synthetic Metals, vol. 185–186, pp. 167–171, 2013.
  • H. Xiao ve S. Huang, “Frequency and voltage dependency of interface states and series resistance in Al/SiO2/p-Si MOS structure,” Materials Science in Semiconductor Processing, vol. 13, pp. 395– 399, 2010.
  • W. A. Hill ve C. C. Coleman, “A singlefrequency approximation for interface-state density determination,” Solid State Electronics, vol. 23, no. 9, pp. 987–993, 1980.
  • S. M. Sze, Semiconductor Devices: Physcis and Technology, New York, NY, USA: Wiley, pp. 162, 1985.
  • S. Bengi ve M. M. Bülbül, “Electrical and dielectric properties of Al/HfO2/p-Si MOS device at high temperatures,” Current Applied Physics, vol. 13, no. 8, pp. 1819– 1825, 2013.
  • J.-P. Colinge ve C. A. Colinge, Physics of Semiconductor Devices, New York, NY, USA: Springer, 2005.
  • A. Turut, A. Karabulut, K. Ejderha ve N. Bıyıklı, “Capacitance-conductance-currentvoltage characteristics of atomic latyer deposited Au/Ti/Al2O3/n-GaAs MIS structures,” Materials Science in Semiconductor Processing, 39, pp. 400-407, (2015).
Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi-Cover
  • ISSN: 1301-4048
  • Yayın Aralığı: Yılda 6 Sayı
  • Başlangıç: 1997
  • Yayıncı: Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü
Sayıdaki Diğer Makaleler

Yüzey modifiye edilmiş farklı jenerasyon Jeffamine® D230 ve TREN-çekirdekli PAMAM dendrimerlerin kandesartan sileksetilin sulu çözünürlüğü üzerine etkisinin değerlendirilmesi

ALİ SEROL ERTÜRK, Mustafa Ulvi GÜRBÜZ, METİN TÜLÜ

Ara yüzey seviyelerinin ve seri direncin Sc2O3 MOS kapasitörünün elektriksel karakteristiği üzerine etkisi

Ayşegül KAHRAMAN, Ercan YILMAZ

Düşük karbon çeliğinin asidik ortamdaki korozyonuna karşı inhibitör özelliği gösteren 4-okso-kinazolin türevi katyonik yüzey aktif maddelerin sentezi

SERKAN ÖZTÜRK

Hidrojen Çıkış Reaksiyonu İçin Bakır-Çinko ve Bakır-Demir İkili Kaplama

Esra TELLİ

Copper – Zinc and Copper-Iron Binary Electrode for Hydrogen Evolution Reaction

ESRA TELLİ

Genel indirgenmiş gradyan metodu ile eniyileme çözücüsü geliştirilmesi

Mehmet Samet TOPLU, DURMUŞ SİNAN KÖRPE

Spathiphyllum’un in vitro mikro çoğaltımı üzerine şeker konsantrasyonlarının etkileri

M. Ercan ÖZZAMBAK, Emrah ZEYBEKOĞLU, İzzet GÜN, Tuğba KILIÇ

Sol-gel metodu ile hazırlanmış nikel katkılı Zno nanotozların manyetik özelliklerinin incelenmesi

NURCAN DOĞAN BİNGÖLBALİ, AYHAN BİNGÖLBALİ

Development of oil, freeze, high temperature resistant and flame retardant rubber compounds for high performance hydrolic hose

Kemal KARADENİZ

Hidrotermal sentez ve sol-jel yöntemleri ile farklı morfolojilerde CdS partikül üretimi ve atık su uygulamalarında kullanımları

CANSEL TUNCER