$Al_2 O_3$ ince filmlerinde dielektrik dispersiyonun yük taşıyıcılarının cinsine bağlılığı

Dependence of dielectric dispersion on the type of charge carriers in $Al_2 O_3$ thin films

Abstract

We have studied the frequency, temperature and thickness dependence of the dielectric conductivity and dielectric constant of anodic $Al_2 O_3$ thin films in the regime 0.1-100 KHz. The specimens were in metal-insulator-metal configuration. We achieved oxide thickness ranging from 30 $A^0$ to 2000 $A^0$. We saw that the ac conductivity of our specimens satisfied the well known ac power law frequency dependence which can be expressed as $sigma(omega)alphaomega^n $ with n depending on the temperature. The temperature dependence of n indicates that thermally activated motion of carriers is responsible-for polarization. We attribute the increase of real and imaginary parts of dielectric constant,$epsilon_1(omega)$ and $epsilon_2(omega)$, in the region of low frequency was attributed to the long-range movements of charge carriers which are blocked at the grain boundaries and /or the electrodes giving rise to a broad distribution of long relaxations times. The observed minimum shifting towards higher frequencies with increasing temperature in the frequency dependence of $epsilon_2(omega)$ led us to conclude that two different polarization mechanism must exist in $Al_2 O_3$ : the one with longer relaxation time dominant at lower frequencies might be ionic, while the other one with shorter relaxation time dominant at higher frequencies might be electronic in nature.

Özet

Bu çalışmada 0.1 - 100 KHz frekans aralığında anodik $Al_2 O_3$ ince filmlerinin dielektrik sabit ve dielektrik iletkenliğinin frekansa, sıcaklığa ve kalınlığa bağlılığı inceledik. Örnekler metal - izolatör - metal biçimindedir. Oksit kalınlığı 30 $A^0$ - 2000 $A^0$ arasındadır, ac iletkenliğinin frekansa bağlılığını $sigma(omega)alphaomega^n $ şeklinde elde ettik, n exponentinin sıcaklığa bağlılığı polarizasyonun taşıyıcıların termal aktivasyonlu hareketine bağlı olduğunu göstermektedir. $epsilon_1(omega)$ ve $epsilon_2(omega)$ nin frekansa bağlılığında gözlediğimiz alçak frekanslardaki artışı, uzun mesafeli deplasmanlar yapan taşıyıcıların granül ve/veya elektrod sınırlarında birikmesi ile meydana gelen geniş bir rölaksasyon zamanı dağılımı ile açıkladık. Alüminyumoksidin $epsilon_2(omega)$ bağlılığında elde ettiğimiz ve artan sıcaklıkla yüksek frekanslara doğru kayan minimumun iki farklı polarizasyon mekanizmasının varlığından ileri geldiği sonucuna vardık: alçak frekanslarda hakim olan uzun rölaksasyonlu polarizasyonun iyonik, yüksek frekanslarda hakim olan küçük rölaksasyon zamanlı polarizasyonun ise elektronik olduğu gözönüne alınabilir.