Metal-organik-yarı iletken yapıların arayüzey özelliklerinin belirlenmesi

Abstract

Günümüzde yarıiletken teknolojisinde cihazların boyutlarında küçülme ve performans iyileştirmeleri beklenmektedir. Genelde bir MIS yapının performansı oksit tabakasının performansı ile tanımlanır. Dielektrik tabakanın inceltilmesi yeni nesil MIS temelli cihazların gelişmesindeki en büyük sorundur. Çünkü oksit (SiO2) tabaka kalınlığının azalması, cihaz performansının düşmesine sebep olan kaçak akımları arttırmaktadır. International Technology Roadmap for Semiconductors’a göre (ITRS), 100nm altı cihazlarda eşdeğer oksit tabaka kalınlığının 3nm civarında olması gerekmektedir. MIS teknolojisinde nm mertebesinde cihaz üretme eğilimi, silisyum oksitin yüksek dielektrik sabitine sahip bir malzeme ile değiştirilmesini gerektirir. Bu sebepten Silisyum altlık üzerinde geliştirilecek yüksek dielektrik malzeme alternatiflerinin bulunması her geçen gün önem kazanmaktadır. Özellikle yalıtkanın, yüksek kırılma dayanımı, çalışma gerilimde düşük akım kaçağı, düşük oksit tuzak yükü ve yüksek ısıl kararlılık gibi özelliklere sahip olması gerekmektedir. Bundan dolayı, yalıtkan materyalin seçimi ve karakterizasyonu teknolojik uygulamalarda hayati önem taşımaktadır. Sonuç olarak birçok çalışmanın da gösterdiği gibi silisyum dioksit yerine SrTiO3, ZrO2, TiO2, Ta2O5, ZrTiO4, ve Zr(Sn,Ti)O4 gibi yüksek dielektrik sabitine sahip malzemeler üzerine yoğunlaşılmıştır. Son zamanlarda organik malzemeler alternatif malzeme olarak dikkat çekmektedir. Organik malzemelerin elektronik cihazlarda kullanımı önemli ölçüde performansın düşük fiyatlara elde edilmesi açısından gelecek vaat etmektedir. Literatürdeki çalışmalar organik moleküllerin geleneksel MIS yapıların elektriksel karakteristikleri kontrol edebildiklerini göstermiştir. Bu gelişmeler inorganik tabakaların organiklerle değiştirilmesinde bir fırsat doğurmuştur. Ftalosiyanin molekülleri kimyasal kararlılıkları, moleküler yapılarında modifikasyonları ve benzersiz elektriksel özelliklerinden dolayı, organik ışık saçan diyot (OLED), gaz sensörü ve MIS yapıda yalıtkan tabaka gibi çeşitli elektronik uygulama için aday malzemelerden biri olarak düşünülmektedir. Yapılan birkaç deneysel çalışma ftalosisyanin molekülünün yalıtkan malzeme olarak kullanımının etkisini göstermek için yapılmıştır. Bununla birlikte Si/Pc/Metal cihazların sıcaklığa, kalınlığa ve frekansa bağlı karakteristikleri hala tam olarak bilinmemektedir. Bu sebepten iletkenliğin, MIS yapının dielektrik ve arayüzey özelliklerinin detaylıca araştırılması, organik tabakaya sahip cihazların belirli bir uygulama için uygunluğunu belirleyen gerçek parametrelerin ortaya koyulması açısından gereklidir. Bu çalışmada tercih edilen malzemelerden kaynaklanan farklı yük arayüzey durumları, inorganik malzemelere alternatif, verimli, organik malzemenin belirlenmesi için FePc(Demir Ftalosiyanin), ZnPc(Çinko Ftalosiyanin), CoPc(Kobalt Ftalosiyanin) ve HPc(Ftalosiyanin) ile yalıtkan tabakaların oluşturulması ile sağlandı. Metal tabaka olarak ise yüksek saflıkta altın(Ag) ve gümüş(Au) kullanıldı. Üretilen cihazlarda altlık malzemesi olarak n-tipi silisyum seçildi. Yalıtkan tabaka, sprey kaplama yöntemi ile elde edildi. Metal tabaka ise termal buhar biriktirme (Thermal Vapor Deposition, TVD) yöntemiyle üretildi. Üretilen cihazların vakum altında, -1V ve +1V arasında akım-gerilim(I-V), -5V ve +5V arağında kapasitans-gerilim(C-V) karakteristiği 20, 44, 67, 89, 111, 132, 152 ve 171°C sıcaklıklarında incelendi. Yine bu sıcaklıklar için empedansı, iletkenlik ve sığa ölçümleri vakum altında yapıldı.