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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).
140 7 Schichteigenschaften - 3: SrTa2O6 (STA) J [A/cm²] 1,0E-02 1,0E-04 1,0E-06 1,0E-08 1,0E-10 1,0E-12 1. Zyklus 2. Zyklus -2500 -1500 -500 500 1500 2500 E [kV/cm] J [A/cm²] 1,0E-02 1,0E-04 1,0E-06 1,0E-08 1,0E-10 1,0E-12 1. Zyklus 2. Zyklus 3. Zyklus -2500 -1500 -500 500 1500 2500 E [kV/cm] Abbildung 7.10: Verlauf der Leckstromkurve für mehrere Zyklen der 48nm dicken amorphen und 30nm dicken kristallinen Schicht. Diese durchlaufen die Spannungswerte von 0 → +, 0 → -, 0 → + usw. Die Asymmetrie scheint dagegen noch ausgeprägter was mit der höheren Kristallisationstemperatur erklärt werden kann. Wie in Kap. 5.1 gezeigt wurde, kommt es bei 700°C zur Rekristallisation der Platinkörner im Substrat sodass die Grenzfläche stark verändert wird und lokale Inhomogenitäten entstehen können. Diese Inhomogenitäten würden auch die schlechte Reproduzierbarkeit der Leckstromkurven (z. B. bei Proben ähnlicher Dicke und Zusammensetzung) erklären. Trotz dieser Unregelmäßigkeiten kann, wie beim BST, ein Trend von verbessertem Leckstromverhalten zu dünneren Filmen hin gefunden werden, siehe Abbildung 7.11. Dies deutet darauf hin, dass der aus den C-V Daten nicht zweifelsfrei nachweisbare ‚dead layer’ doch vorhanden ist. Innerhalb des Bereichs Sr/Ta: 0,3 - 0,8 ergibt sich jedoch keine signifikante Stöchiometrieabhängigkeit. Jm [A/cm²] 1,0E-02 1,0E-04 1,0E-06 1,0E-08 1,0E-10 1,0E-12 0 10 20 30 40 50 60 Wurzel E [kV/cm] Amorph Kristallin 30nm 40nm 80nm 89nm 138nm Abbildung 7.11: Dickenabhängigkeit des Leckstromes kristallisierter STA Proben in Schottky Darstellung. Bei den Werten handelt es sich um Mittelwerte zwischen dem linkem und dem rechtem Ast. Die Leckstromkurven der amorphen Schichten sind weitgehend symmetrisch und sollen etwas genauer diskutiert werden. Abbildung 7.12 fasst die Ergebnisse für Schichten verschiedener Dicke und annähernd idealer Stöchiometrie in der Schottkydarstellung zusammen. Wir beobachten deutliche Schwankungen, jedoch keine systematische Abhängigkeit von der Schichtdicke. Bei allen in Abbildung 7.12 dargestellten Kurven gibt es im Prinzip zwei Bereiche: Der Bereich niedriger Felder befindet sich an der untersten Grenze des Messbereichs, der Bereich hoher Feldstärken folgt in der Schottkydarstellung einem linearen Verlauf. Dieser zweite Bereich konnte für die dickste Probe nicht erreicht werden, da das Limit der Spannungsversorgung bereits erreicht war (30V).
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2 Grundlagen Im ersten Teil dieses
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4 Ergebnisse der Prozessentwicklung
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4.1 Prozessparameter für BST 65 Pr
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4.2 Prekursortest: M-(O-Pri)2(tbaoa
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4.3 STA Abscheidung aus mono-moleku
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5 Schichteigenschaften - 1: (Ba,Sr)
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5.1 Keimbildung und Wachstum 87 Erg
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Seite 154 und 155: 8.1 TiO2 149 (a) (b) Abbildung 8.3:
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Seite 168 und 169: 10.1 Literaturverzeichnis 163 [55]
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Seite 172 und 173: Danksagung Mein besonderer Dank gil
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