Fabrication and characterization of nuclear radiation sensing field effect transistors (NurFETs) with high-K dielectrics

Geçit bölgesindeki yığın yapılarda süregelen gelişmeler ve ebat olarak küçülen geçit dielektrik kalınlığındaki değişimler sonucunda Metal-Oksit-Yarıiletken Alan-Etkili transistörlerde (MOSFET'ler) oluşan kaçak akımı azaltmak için daha yüksek geçit kapasitanslarının gerekliliği ortaya çıkmıştır. Geçit kapasitans değerini arttırmak ve tünel etkisi önlemek için, MOSFET'lerde SiO2 geçit dielektrik tabakası yerine yüksek dielektrik sabitli yeni malzemelerin kullanılması gerekmektedir. Bu tezde, geleneksel SiO2 tabakasının yerine Hafnium Oksit (HfO2) ve Erbium Oksit (Er2O3)olarak iki farklı yüksek dielektrik sabitli malzeme alternatif geçit dielektrik tabakası olarak kullanılmıştır. Mikroelektronikte HfO2 ve Er2O3 dielektriklerinin çeşitli teknolojik uygulamaları bulunmasına rağmen, radyasyon ortamlarında bu malzemelerin davranışlarına ve kullanılabilirliklerine yönelik çalışmalar yetersizdir. Yüksek dielektrikli malzemelerinin gerçeğe uygun/sahaya yönelik mikroelektronik uygulamaları için detaylı bir tetkik yapılmalıdır. Bu nedenle tez kapsamında, HfO2 ve Er2O3 kapı dielektriklerine sahip olan MOSFET‟ler üretilmiş, savunma / uzay uygulamalarına yönelik radyasyona dayanaklıları ve/yada radyasyon doz ölçüm sistemlerinde alternatif dielektrik malzeme olarak kullanılabilirlikleri incelenmiştir. Dozimetrik amaçlar için kullanılan özel p- kanallı MOSFET yapılar Nükleer Radyasyona Duyarlı Alan Etkili Transistor (NürFET) olarak isimlendirilmiştir. Radyasyon ortamında yüksek dielektrikli cihazların davranışlarını anlama adına yapısal, morfolojik, elektrokimyasal ve elektriksel değişimi içeren aygıt bozulma mekanizmaları belirlenmiş ve sonuçlar detaylı olarak tartışılmıştır. Ayrıca, yüksek dielektrik malzemelere ait elde edilen sonuçlar, tez kapsamında ayriyeten üretilmiş ve ticari olarak bulunan SiO2 geçit oksit tabakalı aygıtlar ile karşılaştırılmıştır.