氧化物MIS結(jié)構(gòu)界面缺陷的深能級瞬態(tài)譜測試方法研究
發(fā)布時間：2021-01-20 06:18
鈦酸鍶（SrTiO3,STO）是一種具有典型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的絕緣體,近年來各項實驗表明,用氬離子（Ar+）轟擊絕緣SrTiO3后,其表面準(zhǔn)二維導(dǎo)電層會具有光致熒光,磁阻效應(yīng)、持續(xù)光電導(dǎo)效應(yīng)、金屬絕緣相變、自旋軌道耦合等性質(zhì),這些性質(zhì)主要與SrTiO3表面的氧空位有關(guān)。氧空位是STO導(dǎo)電層中的重要缺陷,但是關(guān)于氧空位的缺陷能級的相關(guān)研究十分稀少,需要進一步的研究。深能級瞬態(tài)譜是目前檢測深能級雜質(zhì)和缺陷的最有效的手段之一,利用深能級瞬態(tài)譜的手段可以很好的獲得樣品中氧空位缺陷信息。針對上述背景,本文主要進行了以下工作:1、基于鎖相放大技術(shù),搭建DLTS測試系統(tǒng),實現(xiàn)了自動化的深能級瞬態(tài)譜測試功能。用鎖相放大器和電流放大器組成瞬態(tài)電容測試,并調(diào)節(jié)儀器參數(shù)降低噪音,確定了鎖相放大器時間常數(shù)TC為100500和電流放大器放大倍數(shù)為1k或10k時,對瞬態(tài)電容的測量精度達到較高水平;使用溫度控制儀進行溫度控制,采用緩慢連續(xù)升溫的方式,使溫度調(diào)節(jié)自動化;使用LabVIEW軟件編...
【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：66 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
STO的晶體結(jié)構(gòu)示意圖
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6第二章實驗和方法2.1MIS結(jié)構(gòu)樣品制備本實驗MIS結(jié)構(gòu)樣品的制備分為三個階段：基底半導(dǎo)體層的制備；絕緣層的制備；電極的生長�；字苽涫峭ㄟ^Ar+轟擊技術(shù)，而絕緣層和電極的制備是通過磁控濺射技術(shù)。2.1.1Ar+轟擊STO表面改性原理本文轟擊用的離子源為考夫曼離子源。其基本原理是在電場作用下，陰極燈絲發(fā)射電子，這些電子在磁場和電場的共同作用下被加速，并與通入腔體內(nèi)的少量氬氣相互碰撞，使氬氣分子電離為氬離子，氬離子同樣會被電場和磁場加速，向四周移動，其中少量氬離子會向樣品方向移動，轟擊樣品表面。其原理如圖2-1所示：圖2-1考夫曼離子源原理示意圖考夫曼離子源可以產(chǎn)生高能離子束（2000eV）。如圖所示，陰極和陽極之間會產(chǎn)生很強的靜電場，在該場的作用下陰極燈絲發(fā)射電子并向陽極運動，同時電子會受到洛倫茲力的作用，在兩力共同作用下，電子不斷在腔體中回旋運動，不斷與氬氣碰撞，產(chǎn)生氬離子。大多數(shù)的氬離子會向四周移動，打在腔體表面，只有少量的氬離子會被電場和磁場加速，轟擊到樣品表面。本文中，采用氬離子轟擊<100>晶向的鈦酸鍶單晶片。Ar+轟擊在STO表面會產(chǎn)生一定厚度的缺陷損傷層，該層具有一定的導(dǎo)電性，其導(dǎo)電性主要與層中產(chǎn)生的氧空位缺陷有關(guān)。其中，由于材料中不同原子的擴散速度不一樣，所以缺陷形成會與離子束的優(yōu)先濺射原則相關(guān)。鈦酸鍶對氧的優(yōu)先濺射示意圖如圖2-2所示。
第二章實驗和方法7圖2-2Ar+轟擊對氧的優(yōu)先濺射示意圖[41]在STO的晶體中，氧原子的有效質(zhì)量小于鈦原子和鍶原子；同時，按原子距離來看，相鄰的氧原子和氧原子之間的距離使最小的；最后從晶體結(jié)構(gòu)上來看，一個鈦原子周圍有6個Ti-O鍵，而氧原子周圍只有2個Ti-O鍵。綜上所述，整個晶體對氧原子的束縛比對鈦原子和鍶原子的束縛要弱，在離子轟擊的過程中，氧原子更容易被離子束轟出樣品的表面，形成氧空位，所以在Ar+轟擊STO表面形成的導(dǎo)電層中，主要缺陷為氧空位缺陷。同時。由于在整個轟擊過程中，缺陷的熱擴散作用，氧空位還會向半導(dǎo)體更深處移動，使Ar+的穿透深度以下的深度也出現(xiàn)氧空位。Ar+轟擊STO表面形產(chǎn)生氧空位缺陷，氧空位發(fā)射電子作為載流子，該過程中，載流子濃度可以等效為摻雜劑量。樣品表面單位面積注入的離子總數(shù)即是摻雜劑量，其滿足式(2-1)：=(2-1)其中劑量的單位是ions/cm2，I是束流，單位A；t是注入的時長，單位s；q是電子電荷；n是電荷數(shù)；A是轟擊的面積，單位cm2。由上式可知：延長轟擊時間可以改變樣品中的摻雜劑量，時間越長，摻雜劑量會越高，禁帶中的缺陷數(shù)量會越多，導(dǎo)電層的導(dǎo)電性將會越好。但是，Ar+轟擊STO形成的表面導(dǎo)電層厚度只由轟擊能量決定，導(dǎo)電層厚度為：241413211/t/i/ZZρWE.L(2-2)其中L是導(dǎo)電層厚度，單位，Ε是轟擊能量，單位eV，W是樣品的平均原子重量，ρ是樣品的平均密度，Zi,t分別是離子和樣品的原子數(shù)量[42]。對于Ar+轟擊的SrTiO3樣品L=0.47E2/3。
本文編號：2988546
【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
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【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
STO的晶體結(jié)構(gòu)示意圖
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6第二章實驗和方法2.1MIS結(jié)構(gòu)樣品制備本實驗MIS結(jié)構(gòu)樣品的制備分為三個階段：基底半導(dǎo)體層的制備；絕緣層的制備；電極的生長�；字苽涫峭ㄟ^Ar+轟擊技術(shù)，而絕緣層和電極的制備是通過磁控濺射技術(shù)。2.1.1Ar+轟擊STO表面改性原理本文轟擊用的離子源為考夫曼離子源。其基本原理是在電場作用下，陰極燈絲發(fā)射電子，這些電子在磁場和電場的共同作用下被加速，并與通入腔體內(nèi)的少量氬氣相互碰撞，使氬氣分子電離為氬離子，氬離子同樣會被電場和磁場加速，向四周移動，其中少量氬離子會向樣品方向移動，轟擊樣品表面。其原理如圖2-1所示：圖2-1考夫曼離子源原理示意圖考夫曼離子源可以產(chǎn)生高能離子束（2000eV）。如圖所示，陰極和陽極之間會產(chǎn)生很強的靜電場，在該場的作用下陰極燈絲發(fā)射電子并向陽極運動，同時電子會受到洛倫茲力的作用，在兩力共同作用下，電子不斷在腔體中回旋運動，不斷與氬氣碰撞，產(chǎn)生氬離子。大多數(shù)的氬離子會向四周移動，打在腔體表面，只有少量的氬離子會被電場和磁場加速，轟擊到樣品表面。本文中，采用氬離子轟擊<100>晶向的鈦酸鍶單晶片。Ar+轟擊在STO表面會產(chǎn)生一定厚度的缺陷損傷層，該層具有一定的導(dǎo)電性，其導(dǎo)電性主要與層中產(chǎn)生的氧空位缺陷有關(guān)。其中，由于材料中不同原子的擴散速度不一樣，所以缺陷形成會與離子束的優(yōu)先濺射原則相關(guān)。鈦酸鍶對氧的優(yōu)先濺射示意圖如圖2-2所示。
第二章實驗和方法7圖2-2Ar+轟擊對氧的優(yōu)先濺射示意圖[41]在STO的晶體中，氧原子的有效質(zhì)量小于鈦原子和鍶原子；同時，按原子距離來看，相鄰的氧原子和氧原子之間的距離使最小的；最后從晶體結(jié)構(gòu)上來看，一個鈦原子周圍有6個Ti-O鍵，而氧原子周圍只有2個Ti-O鍵。綜上所述，整個晶體對氧原子的束縛比對鈦原子和鍶原子的束縛要弱，在離子轟擊的過程中，氧原子更容易被離子束轟出樣品的表面，形成氧空位，所以在Ar+轟擊STO表面形成的導(dǎo)電層中，主要缺陷為氧空位缺陷。同時。由于在整個轟擊過程中，缺陷的熱擴散作用，氧空位還會向半導(dǎo)體更深處移動，使Ar+的穿透深度以下的深度也出現(xiàn)氧空位。Ar+轟擊STO表面形產(chǎn)生氧空位缺陷，氧空位發(fā)射電子作為載流子，該過程中，載流子濃度可以等效為摻雜劑量。樣品表面單位面積注入的離子總數(shù)即是摻雜劑量，其滿足式(2-1)：=(2-1)其中劑量的單位是ions/cm2，I是束流，單位A；t是注入的時長，單位s；q是電子電荷；n是電荷數(shù)；A是轟擊的面積，單位cm2。由上式可知：延長轟擊時間可以改變樣品中的摻雜劑量，時間越長，摻雜劑量會越高，禁帶中的缺陷數(shù)量會越多，導(dǎo)電層的導(dǎo)電性將會越好。但是，Ar+轟擊STO形成的表面導(dǎo)電層厚度只由轟擊能量決定，導(dǎo)電層厚度為：241413211/t/i/ZZρWE.L(2-2)其中L是導(dǎo)電層厚度，單位，Ε是轟擊能量，單位eV，W是樣品的平均原子重量，ρ是樣品的平均密度，Zi,t分別是離子和樣品的原子數(shù)量[42]。對于Ar+轟擊的SrTiO3樣品L=0.47E2/3。
本文編號：2988546
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