Comprehensive investigation on the electrical characteristic and irradiation response of SiC MOS capacitors with EU2O3 dielectrics

Bu çalışma, cihaz performansını artırmak için 4H-SiC üzerinde Eu₂O₃ ve SiO₂'den oluşan çift kapılı bir dielektrik yığını kullanan Al/Eu₂O₃/SiO₂/4H-SiC MOS kapasitörlerinin derinlemesine bir analizini sunmaktadır. Isıl işlem nedeniyle film yapısındaki geçiş, X-ışını kırınımı ve atomik kuvvet mikroskobu ile doğrulanmış ve 800 °C'de optimum kristalleşme ve azaltılmış stres ortaya çıkarılmıştır. Elektriksel ölçümler, orta sıcaklıkta tavlamanın kapasitans kararlılığını artırdığını ve arayüz durum yoğunluğunu azalttığını, bunun da düz bant voltajında ayarlamalara yol açtığını göstermektedir. Cihaz özellikleri, seri dirençten önemli ölçüde etkilenmiştir. Termal olarak büyütülmüş SiO₂'nin varlığının, daha yüksek tavlama sıcaklıklarında bile cihazların elektriksel özelliklerini iyileştirdiği bulunmuştur. Ancak, muhtemelen karbon göçüne ve 600 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda parazitik silikatların oluşumuna atfedilen bariyer yüksekliğinde önemli bir bozulma gözlemlenmiştir. Öte yandan, X-ışınlarının Eu₂O₃ dielektrik ince filmlerin yapısal ve elektriksel özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Filmler farklı radyasyon maruziyet sürelerine bırakılmış ve yapısal modifikasyonları X-ışını kırınımı (XRD) kullanılarak değerlendirilmiştir. Bu arada, elektriksel özellikler kapasitans-voltaj (C-V) ve iletkenlik-voltaj (G/ω-V) teknikleriyle ölçülmüştür. Sonuçlar, radyasyona daha uzun süre maruz kalmanın kafes gerginliğinde bir azalmaya ve radyasyonla indüklenen atomların yerel ısınmasına ve yeniden düzenlenmesine atfedilebilen kristal hacminde bir artışa yol açtığını göstermiştir. Elektriksel analiz, radyasyonla indüklenen kusurlar nedeniyle düz voltajda ve orta boşlukta hafif kaymalar olduğunu ve yük tutma davranışını etkilediğini ortaya koymuştur. Bu kusurlara rağmen, dielektrik malzeme test edilen radyasyon koşulları altında kararlı bir elektriksel performans göstermiştir ve bu da radyasyona dayanıklı elektronik cihazlarda kullanım potansiyelini göstermektedir. Bu sonuçlar, Eu₂O₃ filmlerinin bu tür teknolojilerde oldukça verimli bir dielektrik malzeme olarak potansiyel uygulamasını doğrulamaktadır. Bu araştırmanın, kristalinite ve kusur kontrolünü dengeleyen 4H-SiC üzerinde umut verici bir yalıtım yapısı ortaya koyduğu ve bu nedenle MOS aygıtlarını gelecekteki uygulamalar için uygun bir aday haline getirdiği söylenebilir. ANAHAR KELİMELER: 4H–SiC, MOS Kapasitör, Eu2O3, MOS Işınlama, Yüksek-k