HfO2 ince filmlerin atomik katman biriktirme tekniği ile büyütülmesi ve akım-iletim mekanizmalarının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmanın amacı, düşük büyütme sıcaklık aralıklarında atomik katman biriktirme (AKB) yöntemini kullanarak HfO2 (Hafniyum Dioksit) dielektrik ince filmleri üretmek ve elektriksel özelliklerini incelemektir. Bu amaç kapsamında HfO2 dielektik ince filmleri silikon (Si) alttaşlar üzerine 200 °C biriktirme sıcaklığında AKB yöntemi ile kaplandı. Kaplanan dielektrik fillerin elektriksel özelliklerini incelemek ve akım-iletim mekanizmalarını ortaya çıkarmak için Al/HfO2/Si metal-oksit-yarıiletken (MOY) kapasitör yapıları oluşturuldu ve akım-voltaj (I-V) ve kapasitans-voltaj (C-V) ölçümleri yapıldı. Bu ölçüm sonuçları kullanılarak, HfO2 filmlerin dielektrik sabiti 14 ve etkin oksit yük yoğunluğu 2.3x1011 cm-2 olarak hesaplandı. Akım-iletim mekanizmalarının uygulanan elektrik alana güçlü bir şekilde bağlı olduğu ve Schottky emisyon mekanizmasının düşük elektrik alanlarda, tuzak-yardımlı tünelleme mekanizmalarının ise yüksek elektrik alanlarda iletime sebep olduğu bulundu.

The aim of this study, to deposit HfO2 (Hafnium dioxide) dielectric thin films by atomic layer deposition (ALD) technique at low growth temperature ranges and investigate the electrical properties of the grown films. For this purpose, HfO2 dielectric thin films were deposited on silicon (Si) substrates by ALD technique at a deposition temperature of 200 °C. To investigate the electrical properties of the deposited dielectric films and reveal current-conduction mechanisms, Al/HfO2/Si metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitors were fabricated and current-voltage (I-V) and capacitance-voltage (C-V) measurements were performed. Using these measurement results, the dielectric constant of HfO2 films was calculated as 14 and the effective oxide charge density to be 2.3x1011 cm-2. It was found that the current-conduction mechanisms were strongly dependent on the applied electric field and Shottky emission and trap-assisted tunneling were found as the main conduction mechanisms at low and high electric fields, respectively.