Ara yüzey seviyelerinin ve seri direncin Sc2O3 MOS kapasitörünün elektriksel karakteristiği üzerine etkisi
Abstract
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.
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.
Keywords
References
- [1] 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.
- [2] 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.
- [3] 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.
- [4] 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.
- [5] 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.
- [6] 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.
- [7] 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.
- [8] 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.
Details
Primary Language
Turkish
Subjects
Metrology, Applied and Industrial Physics, Material Production Technologies
Journal Section
Research Article
Authors
Ayşegül Kahraman
ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ, FEN-EDEBİYAT FAKÜLTESİ, FİZİK BÖLÜMÜ
Türkiye
Ercan Yılmaz
ABANT İZZET BAYSAL ÜNİVERSİTESİ, NÜKLEER RADYASYON DEDEKTÖRLERİ UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ
Türkiye
Publication Date
June 1, 2018
Submission Date
July 10, 2017
Acceptance Date
February 19, 2018
Published in Issue
Year 2018 Volume: 22 Number: 3
Cited By
Effect of oxide and interface traps on electrical characteristics of post-deposition annealed HfSiO4/n-Si structures
Semiconductor Science and Technology
https://doi.org/10.1088/1361-6641/abe31bCharacterization of Sc2O3/SiO2/SiC MOS capacitors: role of annealing temperature on microstructural and electrical properties
Journal of Materials Science: Materials in Electronics
https://doi.org/10.1007/s10854-025-15837-1Tuning electrical performance of Sc2O3/SiO2/Si MOS capacitors through interface and thermal processing
Journal of Materials Science: Materials in Electronics
https://doi.org/10.1007/s10854-025-16337-y