Built-in voltages of metal-semiconductor junctions and structures
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2005
Department
Major/Subject
Mittaustekniikka
Mcode
S-108
Degree programme
Language
en
Pages
ix + 61 s. + liitt. 9
Series
Abstract
Mikroelektroniikan komponenttien koon pienentyessä pintailmiöiden ja sellaisten voimien, jotka liittyvät hyvin lähellä toisiaan oleviin rakenteisiin, merkitys kasvaa. Tässä työssä tutkittiin sähköstaattisia pintailmiöitä metalli-puolijohderakenteissa. Erityisen mielenkiinnon kohteena olivat lämpötilariippuvuudet. Työn teoreettisessa osuudessa käsitellään metallien, puolijohteiden ja eristeiden pinta, rajapinta sekä bulk -ominaisuuksia. Pintavaraukset ja -potentiaalit metallipuolijohderakenteissa saavat aikaan sisäänrakennetun jännitteen (engl. the builtin potential). Nämä spontaanit jännitteet johtuvat pääasiassa eri materiaalien työfunktioiden eroista. Näiden jännitteiden vaikeasti ennustettava lämpötilariippuvuus on myös selkeä tekninen ongelma anturisovelluksissa. Pinta- ja rajapintavaraukset aiheuttavat materiaalin energiavöiden taipumista pinta-alueilla. Tämä edelleen muuttaa built-in -potentiaaleja. Pinta- ja rajapintatilat saavat myös aikaan sen, että Fermi-pinta lukittuu paikallisesti tiettyyn arvoonsa. Tämä pinning -ilmiö voi pienentää lämpötilariippuvuutta. Rakenteiden natiivioksideissa ja kasvatetuissa oksideissa voi myös olla merkittäviä määriä varausta. Näillä varauksilla on myös merkitystä built-in -jännitteen kannalta. Työn kokeellisessa osuudessa sähköstaattisia pintailmiöitä tutkittiin käyttäen hyväksi kapasitiivisia MEMS (micro-electro-mechanical-system) -kiihtyvyysantureita. Anturissa built-in -jännite syntyy massan ja reunaelektrodin välille. Tämä häiritsee anturin toimintaa varsinkin pienillä kiihtyvyyksillä. Built-in -jännitteitä mitattiin CV -menetelmällä lämpökaapissa. Metalli-metalli -rakenteet osoittautuivat metallipuolijohde -rakenteita stabiilimmaksi lämpötilan suhteen verrattuna. Lisäksi havaittiin reunaelektrodin päälle kasvatetulla oksidilla olevan lämpötilariippuvuutta alentava vaikutus. Työssä built-in -jännitteiden mittaamiseen käytettiin CV -menetelmän lisäksi myös uutta Kelvin-probe -menetelmään perustuvaa laitteistoa.Description
Supervisor
Tittonen, IlkkaThesis advisor
Koskenvuori, MikaKeywords
built-in voltage, built-in -jännite, MEMS, kapasitiivinen anturi, capacitive sensor, työfunktio, work function, kontaktipotentiaali, contact potential, pintavaraus, surface charge, rajapintavaraus, interface charge