MOS yapılarda dielektrrik sabitinin frekans, sıcaklık ve kalınlığa bağlı incelenmesi

The investigation of dielectic constant depending on frequency, temperature and thickness MOS structures

Özet

Bu çalışmada, MOS(Al/SiO2/p-Si) kapasitörlerin frekans, sıcaklık ve kalınlığa bağlı dielektrik sabiti($varepsilon^prime$), dielektrik kayıp($varepsilon^{primeprime}$) ve dielektrik tanjant(tan$delta$) değerleri sıcaklık(293 - 353 $^circ_K$) ve frekansa (100 kHz-I0 MHz) bağlı incelendi. Dielektrik sabitinin artan frekansla literatüre uygun şekilde azaldığı, $varepsilon^{primeprime}$ ve tan$delta$'nın arttığı gözlendi. C-V eğrilerinden sıfır beslemde (V=0) dielektrik sabitleri ($varepsilon^prime$), MOS1, MOS2 için sırasıyla 1,2 ve 3,4 bulundu. $varepsilon^prime$, ($varepsilon^{primeprime}$) ve tan$delta$ değerleri geniş bir frekans ve sıcaklık aralığında çizilen C-V eğrilerinin kuvvetli yığılma (accumulation) bölgesinden hesaplandı (C=$C_{ox} = varepsilon^primevarepsilon_oA/d$). Yeterince yüksek frekanslarda arayüzey durumlarının kapasitans eğrisine bir katkısı yoktur [1-3]. Bu nedenle daha düşük frekanslarda ve tüketim bölgesi ile terslenim bölgelerinde hesaplanan $varepsilon^prime$, $varepsilon^{primeprime}$ ve tan$delta$ değerleri güvenilir değerler olmayıp frekansa bağlılık göstermektedir. Artan sıcaklıkla $varepsilon^prime$ azalması, $varepsilon^{primeprime}$ ve tan$delta$'nin artmasının , artan sıcaklıkla termal enerji kazanan bazı taşıyıcıların iletim bandına uyarılarak iletkenlikte bir artışa neden olmasıdır [4,5]. 1 MHz'de verilen $varepsilon^prime$, $varepsilon^{primeprime}$ ve tan$delta$ değerlerinin hepsi yalıtkan oksit tabakasının kalınlığının artması ile artmakta olduğu gözlendi.

Abstract

The temperature, thickness and frequency dependence of dielectric constant ($varepsilon^prime$), dielectric loss ($varepsilon^{primeprime}$) and dielectric tangent (tan$delta$) are studied in the MOS capacitors. C-V and G/ $omega-V$ characteristics of MOS capacitors were measured in the temperature and frequency range between 293 - 353 $^circ_K$ and 100 kHz - 10 MHz range respectively. The samples having thermally grown oxide of ~ 300-3000 $dot{A}$ are investigated. The evaluation of the experimental C-V and G/ $omega-V$ data reveals of the $varepsilon^prime$, $varepsilon^{primeprime}$ and tan$delta$ are frequency, temperature and thickness. Especially below 100 kHz both $varepsilon^prime$ and $varepsilon^{primeprime}$ increasing with decreasing log frequency and there is a loss peak ($varepsilon^{primeprime}$) about ~1 MHz.