Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

7.2 Elektrische Eigenschaften 139
In Abbildung 7.9 werden die Ergebnisse in einer Darstellung ~1/C gegenüber der Schichtdicke
zusammengefasst. Bei den amorphen Proben liefert die Extrapolation der Ausgleichsgeraden
auf eine Dicke von 0nm keinen Hinweis auf einen ‚dead layer’. Die Streuung der Werte
um die Ausgleichsgerade ist aber relativ groß, was einen Unsicherheitsbereich offen lässt und
auch den relativ großen Fehler für εB erklärt. Dabei fällt auf, dass die höchsten Werte der DK
für dünnere Schichten (10 – 30nm) gefunden werden. Diese Proben haben eine effektive relative
Dielektrizitätszahl εr bis 45, während insgesamt ein Mittelwert von 35 angegeben werden
kann.
A/C [m²/F]
300
200
100
Amorph
Kristallin
0
0 50 100
Dicke [nm]
Abbildung 7.9: Inverse
Kapazitätswerte gegenüber
der Filmdicke für
amorphe und kristalline
Schichten.
Bei den kristallinen Proben ergibt die Ausgleichsgerade einen Wert von εi/ti = 10 ± 10. Jedoch
kann der Wert nur mit großem Fehler angegeben werden und es bleibt unsicher, ob überhaupt
eine vom Bulk unterschiedliche Grenzschicht gefunden werden konnte. Die hier bestimmten
Werte liegen am unteren Rand der Werte, die für BST gemessen wurden. Die Steigung der
Geraden für die kristallinen Schichten, worüber die DK des massiven Materials bestimmt
wird, lässt sich dagegen mit einem geringen Fehler von ± 5% angeben. Die aus dem Diagramm
entnommenen Werte für die DK des massiven Materials und für die Grenzschichtkapazität
sind in Tab.7.2 zusammengestellt.
STA Sr / Ta εB (bulk) εi / ti [nm -1 ] EOT(i) [nm]
Amorph 0,44 – 0,57 36 ± 4 0 0
Kristallin 0,44 – 0,57 108 ± 5 10 ± 10 0,39 ± 0,39
Tabelle 7.2: Werte der aus Abb. 7.8 separierten Bulk- und Interfacekapazität.
b) Leckstrom
Abbildung 7.10 zeigt charakteristische I-V Kurven für eine 48nm dicke amorphe Schicht und
eine 30nm dicke kristalline Schicht. Das Leckstromverhalten der amorphen und der kristallinen
Probe unterscheidet sich deutlich voneinander. Die amorphe Probe erreicht Werte unter
10 -8 A/cm² bei angelegten 2500kV/cm, während die kristallisierte Probe diesen Wert schon bei
500kV/cm überschritten hat. Zudem zeigt die kristalline Schicht asymmetrisches Verhalten
und vereinzelnd Sprünge. Um die Nachvollziehbarkeit zu gewähren, wurden mehrere Leckstromzyklen
durchfahren. Die amorphen Proben zeigen sehr gute Übereinstimmung zwischen
den verschiedenen Zyklen. Bei den kristallinen Proben beobachten wir, dass die anfänglich
verschiedenen Steigungen im ersten Zyklus auf dem rechten Ast durch weitere Zyklen geglättet
werden konnten. Die Asymmetrie bleibt aber im Wesentlichen erhalten. Dieses Verhalten
entspricht qualitativ den Beobachtungen mit den BST Schichten (siehe 5. Kapitel).