Au/Si3N4/p-GaAs (MOS) kondansatörün dielektrik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, silisyum nitrür (Si3N4) filmi, omik kontağa sahip p-GaAs üzerine dielektrik tabaka olarak radyo frekansı (RF) magnetron püskürtme yöntemi kullanılarak biriktirildi. Böylece, film üzerine doğrultucu kontak oluşturularak Au/Si3N4/p-GaAs metal-oksit-yarıiletken (MOS) kondansatör hazırlandı. MOS kondansatörün dielektrik sabiti (ε'), dielektrik kayıp (ε''), dielektrik kayıp tanjant (tanδ), ac iletkenlik (σac) ve kompleks elektrik modülüs (M*) gibi dielektrik özellikleri, 5 kHz-1 MHz frekans aralığında ve 150-350 K sıcaklık aralığında incelendi. Tüm dielektrik parametreler ölçülen kapasitans (C) ve kondüktans (G/ω) verileri kullanılarak hesaplandı. Elde edilen ε' ve ε'' değerleri artan frekansla azalırken, artan sıcaklıkla artmaktadır. Elde edilen σac değeri hem frekans hem de sıcaklıktaki artış ile artmaktadır. Ayrıca, σac'ın Arrhenius grafiği, ölçülen sıcaklık aralığında iki aktivasyon enerjisi göstermektedir. Elde edilen deneysel sonuçlar hem elektrik hem de dielektrik özelliklerin frekansa ve sıcaklığa bağlı olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, hazırlanan MOS kondansatör elektronik devrelerde bir devre elemanı olarak kullanılabilir.

In this study, the silicon nitride (Si3N4) film as interfacial dielectric layer was deposited by using the radio frequency (RF) magnetron sputtering method on p-GaAs having ohmic contact. Thus, the Au/Si3N4/p-GaAs metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitor was prepared by forming a rectifier contact on the film. Dielectric properties such as dielectric constant (ε'), dielectric loss (ε''), dielectric loss tangent (tanδ), ac conductivity (σac) and complex electric modulus of the MOS capacitor were investigated in the frequency range of 5 kHz-1 MHz and temperature range of 150-350 K. All dielectric parameters were calculated using measured capacitance (C) and conductance (G/ω) data. While the obtained ε' and ε'' values decrease with increasing frequency, they increase with increasing temperature. The obtained σac value increases with an increase in both frequency and temperature. Also, the Arrhenius plot of σac shows two activation energies in the measured temperature range. The obtained experimental results showed that both electrical and dielectric characteristics are dependent on frequency and temperature. As a result, the prepared MOS capacitor can be used as a circuit element in electronics circuits.