[논문 리뷰] Frequency dependent dielectric properties of Al/ maleic anhydride (MA) /p-Si structures

Sema Bi̇lge Ocak, A. Birkan Selçuk외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 05.

Semiconductor materials and interfaces참고 문헌 8인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 스핀 코팅을 통해 제작한 Al/마레인산 안하이드라이드/p-Si 샤토프 구조의 주파수 및 전압에 의존하는 유전성질을 조사한다. 결과적으로 주파수 증가에 따라 유전율이 급격히 감소하고, 전압에 따라 뚜렷한 유전 손실 급증이 관찰되며, 저주파수에서는 인터페이스 분극 효과가 지배적이며, 이는 고갈 및 축적 영역에서 표면 상태가 유전성질의 이탈에 중요한 기여를 한다는 것을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• Al/MA/p-Si 기반 유기 샤토프 다이오드의 주파수 및 전압에 따른 유전성질의 의존성을 분석하기 위해.
• 인터페이스 분극 및 표면 상태가 유전 반응에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 다양한 주파수 및 편압 조건에서 유전율, 손실, 손실 탄성률, 전기 모듈러스 및 교류 전도도를 정량화하기 위해.
• 실온에서 스펙트로스코픽 기법을 사용하여 고갈 및 축적 영역에서의 전기적 거동을 이해하기 위해.

제안 방법

• 마레인산 안하이드라이드를 p-Si 웨이퍼에 스핀 코ating하여 Al/MA/p-Si 구조를 제작하였다.
• 넓은 주파수 범위 및 적용된 편압 조건에서 스펙트로스코픽 기법을 사용하여 유전성질을 측정하였다.
• 유전 데이터로부터 전기 모듈러스의 실수부 및 허수부를 계산하여 리아케이션 과정을 분석하였다.
• 임피던스 스펙트로스코피 데이터에서 유전율, 유전 손실, 손실 탄성률 및 교류 전기 전도도를 추출하였다.
• 주파수 및 전압 의존성을 분석하여 분극 메커니즘과 표면 상태 기여도를 규명하였다.
• 열적 영향을 제거하기 위해 실온에서 측정를 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Al/MA/p-Si 구조의 유전율은 주파수 및 적용된 전압에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 Al/MA/p-Si 샤토프 구조에서 인터페이스 분극은 유전 반응에 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 금속-반도체 접합면의 표면 상태는 유전성질에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 Al/MA/p-Si 시스템에서 교류 전기 전도도의 주파수 의존성은 어떠한가?
• RQ5 전기 모듈러스 거동은 시스템의 리아케이션 다이내믹스를 어떻게 반영하는가?

주요 결과

• 모든 적용 전압에서 주파수 증가에 따라 유전율이 급격히 감소한다.
• 유전 손실은 저전압에서 급격한 급증을 보이며, 주파수 증가 및 전압 감소에 따라 감소한다.
• 전기 모듈러스의 실수부는 주파수 증가에 따라 증가하여 리아케이션 과정이 강화됨을 나타낸다.
• 전기 모듈러스의 허수부는 적용 전압 증가에 따라 더 높은 주파수로 피크가 이동한다.
• 주파수 증가에 따라 교류 전기 전도도가 약간 증가하는 경향을 보인다.
• 인터페이스 분극은 저주파수에서 가장 두드러지며, 표면 상태가 고갈 및 축적 영역에서 유전성질의 이탈에 중요한 기여를 한다.