[論文レビュー] Frequency dependent dielectric properties of Al/ maleic anhydride (MA) /p-Si structures

Sema Bi̇lge Ocak, A. Birkan Selçuk+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 5, 2015

Semiconductor materials and interfaces参考文献 8被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、スピンコーティング法を用いて作製したAl/マレイン酸無水化物/p-Siショットキー構造の周波数および電圧依存性誘電的性質を調査した。結果として、周波数が上昇するに従い誘電率が急激に低下することが示され、顕著な電圧依存性を示す誘電損失のジャンプ、および低周波数域で界面分極効果が支配的であることが判明した。これは、イオン化領域および蓄積領域における界面状態が誘電的偏差に顕著な寄与をしていることを示している。

ABSTRACT

Al/ maleic anhydride (MA) /p-Si organic Schottky devices were fabricated on a p-Si semiconductor wafer by spin coating. The frequency and voltage dependent dielectric constant of Al/MA/p-Si have been investigated. Dielectric properties and electrical conductivity of contact structures have been investigated in detail by using spectroscopic technique in a wide range of frequencies and applied bias voltages at room temperature. The values of dielectric constant, dielectric loss, dielectric loss tangent, real and imaginary parts of the electrical modulus and ac electrical conductivity were found considerably sensitive to frequency and applied bias voltage especially in depletion and accumulation regions. Experimental results indicate that the values of dielectric constant show a steep decrease with increasing frequency for each voltage. The values of dielectric loss as a function of voltage show a jump, and dielectric loss decreases with decreasing voltage and increasing frequency. The weak increasing of the ac electrical conductivity on frequency is observed. The real part of electric modulus increases with increasing frequency. Also, the imaginary part of electric modulus shows a peak and the peak position shifts to higher frequency with increasing applied voltage. It can be concluded that the interfacial polarization can be more easily occurred at low frequencies and the majority of interface states at metal semiconductor interface contributes to deviation of dielectric properties of Al/MA/p-Si structures.

研究の動機と目的

• Al/MA/p-Siを基盤とする有機ショットキーダイオードの誘電的性質の周波数および電圧依存性を分析すること。
• 界面分極および界面状態が誘電的応答に与える役割を調査すること。
• さまざまな周波数およびバイアス電圧下での誘電率、損失、損失タンジェント、交流電気伝導度、電気モジュラスを定量すること。
• 室温における分光的技術を用いて、イオン化領域および蓄積領域における電気的挙動を理解すること。

提案手法

• マレイン酸無水化物をp-SiウェーハにスピンコーティングすることでAl/MA/p-Si構造を形成した。
• 広い周波数範囲および印加バイアス電圧下で分光的技術を用いて誘電的性質を測定した。
• 誘電データから電気モジュラスの実部および虚部を計算し、緩和過程を分析した。
• インピーダンス分光法データから誘電率、誘電損失、損失タンジェント、交流電気伝導度を抽出した。
• 周波数および電圧依存性を分析し、分極メカニズムおよび界面状態の寄与を特定した。
• 室温での測定により、熱的要因からの分離を図り、内在的な誘電的挙動を明確にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Al/MA/p-Si構造の誘電率は、周波数および印加電圧にどのように依存するか？
• RQ2 Al/MA/p-Siショットキー構造の誘電的応答において、界面分極が果たす役割は何か？
• RQ3 金属-半導体接合における界面状態は、誘電的性質にどのように影響を与えるか？
• RQ4 Al/MA/p-Si系における交流電気伝導度の周波数依存性は何か？
• RQ5 電気モジュラスの挙動は、系の緩和ダイナミクスをどのように反映しているか？

主な発見

• すべての印加電圧において、周波数が上昇するに従い誘電率が急激に低下する。
• 誘電損失は低電圧で急激にジャンプし、周波数が上昇し、電圧が低下するに従い減少する。
• 電気モジュラスの実部は周波数が上昇するにつれて増加し、緩和プロセスが強化されていることを示している。
• 電気モジュラスの虚部はピークを示し、印加電圧が上昇するに従い高周波数側にシフトする。
• 周波数が上昇するにつれて交流電気伝導度にわずかな増加が観察される。
• 界面分極は低周波数域で顕著であり、界面状態がイオン化領域および蓄積領域における誘電的偏差に顕著な寄与をしている。