Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

5.3 Elektrische Eigenschaften 109
a) 1E-02
b)
J [A/cm²]
1E-04
1E-06
1E-08
1E-10
1E-12
30nm
24nm
-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500
E [kV/cm]
71nm
46nm
J [A/cm²]
1E-02
1E-04
1E-06
1E-08
1E-10
1E-12
0 10 20 30 40 50
Wurzel E [kV/cm]
71nm
46nm
30nm
24nm
Abbildung 5.35: Leckströme für verschieden dicke, titanreiche BST Schichten, die bei 655°C
gewachsen wurden. Auf der rechten Seite, in Schottky Darstellung, wird der Leckstrom gegenüber
der Wurzel aus der Feldstärke aufgetragen.
Viele Gruppen schlagen vor, dass die Ströme, zumindest bei hohen Feldern, durch die im dritten
Kapitel beschriebene thermionische Emission (Schottky Emission) begrenzt sind. Deshalb
werden die gemittelten Leckstromkurven in Abbildung 5.35b gegenüber der Wurzel aus der
angelegten Feldstärke gezeichnet. Wir erkennen bei hohen Feldern einen gut linearen Verlauf,
was darauf hinweist, dass es sich hier um Schottky Verhalten handeln könnte. Jedoch ergeben
sich aus der Steigung bei hohen Feldern Werte der DK kleiner 1 sind und aus dem Achsenabschnitt
bei gegebener Richardsonkonstante zu kleine Werte für die Austrittsarbeit.
In der Dissertation von Sam Schmitz [129] wurde das Leckstromverhalten von BST Schichten,
u.a. auch von einigen der hier hergestellten MOCVD Schichten, genauer untersucht und
mit Simulationsrechnungen verglichen. Die Leckstrommessungen wurden bei etwas höheren
Temperaturen durchgeführt, um den Bereich der Relaxationsströme (Abbildung 3.19, Kapitel
3.2.8) schneller zu verlassen. Dabei wurden größere Topelektroden verwendet (1mm²), um
die Genauigkeit bei kleinen Feldern zu erhöhen. Abbildung 5.36 zeigt die Darstellung im
Schottkyplot von einer 55nm dicken BST Probe, die bei 595°C abgeschieden und bei 425K
untersucht wurde.
Leckstromdichte J [A/cm²]
1E-05
1E-06
1E-07
1E-08
1E-09
1E-10
1E-11
1E-12
1
1. Schottky: E(0)=
2. Present Simulation
3. Schottky: E(0) from 2.
Exp. T = 425 K
3
2
0 200 400 600 800
Wurzel [V/cm]
Abbildung 5.36: Vergleich der
experimentellen Leckströme für
eine 55nm dicke BST Schicht
mit Simulationen nach [129,
130]. Die für die Simulation
verwendeten Parameter sind:
Dicke und DK der Grenzschicht:
ti = 1,1nm und εi = 12,1, für den
Bulk: t = 55nm, εB = 550.
Dichte und Beweglichkeit der
Ladungsträger: Nd = 10 18 cm -3 ,
µ = 0,74cm²/Vs, Barrierenhöhe:
ΦB =1,52eV
Obwohl der Messbereich auf etwas kleinere Felder begrenzt ist (600V/cm ≈19kV/cm), erkennt
man wie in Abbildung 5.35, dass der Verlauf bei höheren Feldern qualitativ wieder ei