Yb2O3/SİO2 yığın kapı oksit tabakasının MOS tabanlı radyasyon sensörlerinde duyar bölge olarak kullanılabilirliğinin araştırılması

Bu çalışmada, Yb2O3 ile n-Si arasına konulacak SiO2 katmanın arayüzey kalitesine etkisi ve Yb2O3/SiO2 yığın kapı oksit tabakasının MOS tabanlı radyasyon sensörlerinde duyar bölge olarak kullanılabilirliği araştırıldı. 20 ve 36 nm kalınlıklarında SiO2 tabaka termal oksidasyon ile n-Si alttaşlar üzerine büyütüldü. Yb2O3 filmlerinin kaplanmasında EBPVD sistemi kullanıldı. Yb2O3/SiO2/Si yapıları azot ortamında beş farklı sıcaklıkta tavlandı. Poli-kristal yapıya sahip Yb2O3 filmlerinin kübik fazda olduğu bulundu. Al/Yb2O3/SiO2(20nm)/n-Si/Al ve Al/Yb2O3/SiO2(36nm)/n-Si/Al MOS kapasitörlerinin ışınlama öncesi-sonrası elektriksel karakteristikleri 50 kHz ile 1000 kHz arasında değişen altı farklı frekansta ölçüldü. 𝑄𝑒𝑓𝑓, 𝜀𝑘, 𝑁𝑖𝑡 değerleri hesaplandı. En iyi elektriksel karakteristiğe sahip Al/RT-Yb2O3/SiO2(20nm)/n-Si/Al ve Al/200 °C-Yb2O3/SiO2(36nm)/n-Si/Al kapasitörlerinin radyasyon cevapları 60Co kaynağı kullanılarak 1 – 500 Gy doz aralığında 100 kHz ve 1 MHz' de incelendi. Artan doz ile birlikte Al/RT-Yb2O3/SiO2(20nm)/n-Si/Al ve Al/200 °C-Yb2O3/SiO2(36nm)/n-Si/Al kapasitörlerinin C – V eğrileri her iki frekans için de sırasıyla sola ve sağa doğru kaydı. Al/RT-Yb2O3/SiO2(20nm)/n-Si/Al kapasitöründe çalışılan doz aralığında 𝛥𝑁𝑖𝑡, 𝛥𝑁𝑜𝑥 ile benzer düzeyde kaldığı için aygıtın radyasyon cevabında bozulmalar meydana geldi. Al/RT-Yb2O3/SiO2(36nm)/n-Si/Al kapasitöründe radyasyon dozuyla birlikte 𝛥𝑁𝑖𝑡' de büyük değişimler gözlenmezken 𝛥𝑁𝑜𝑥 sürekli olarak arttı. Araştırma sonucunda SiO2 tabaka ile arayüzey kalitesinin geliştiği belirlenirken ileri çalışmalarda negatif yük tuzaklanmasına yol açan kusur merkezlerinin yoğunluğunun azaltılması gerekliliği vurgulandı.