Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

60 3 Experimentelles
In Abbildung 3.23 auf der linken Seite ist die Spannungserhöhung gegenüber der Messzeit
aufgetragen, dabei wurde alle 100s die Spannung um 0,1V erhöht. Die rechte Seite zeigt das
Verhalten der Stromantwort. Bei der gemessenen Probe handelt es sich um 60nm BST. Deutlich
erkennt man den Relaxationsanteil am Anfang einer jeden Spannungserhöhung. Für die
Auftragung des Leckstromes werden aber nur die letzten 5s vor der nächsten Spannungserhöhung
berücksichtigt. Diese Werte werden gemittelt und gegenüber der Spannung aufgetragen.
Abbildung 3.23: Eine stufenweise Erhöhung der angelegten Spannung (links), führt zu einer
typischen Stromantwort, rechts. Nach Abklingen des Relaxationsstromes kann der Leckstrom
(hier eingezeichnete Kreise) abgelesen werden.
d) Interpretation des Leckstromverhaltens
Bei den MIM Strukturen mit beidseitigen Platinelektroden erwartet man symmetrische, d.h.
von der Stromrichtung unabhängige, Leckstromkurven. Jedoch ergeben sich im Experiment
manchmal deutliche Unterschiede, die mit den unterschiedlichen Wachstumsbedingungen
und der unterschiedlichen thermischen Geschichte erklärt werden können. Da diese Unterschiede
nicht modellmässig erfasst und quantifiziert werden können wird i.A. über beide
Zweige gemittelt. Bei den MIS Strukturen wird das Leckstromverhalten im Akkumulationsbereich
zur Charakterisierung der Schicht herangezogen.
Das Leckstromverhalten von MIM Strukturen mit hoch-ε Dielektrika lässt sich derzeit nicht
durch ein geschlossenes Modell in all seinen Abhängigkeiten, z.b. von elektrischem Feld und
Temperatur, darstellen. Numerische Simulationen erreichen eine teilweise Beschreibung
durch Überlagerung von elektrodenlimitierten und ’bulk-limitierten’ Leitungsmechanismen.
Bei beiden ist die Auftragung der Leckstromkurve gegenüber der Feldstärke sinnvoll, weil
hier die Dickenabhängigkeit herausfällt. In den meisten Fällen wird über einen gewissen Bereich
der Feldstärke ein Verhalten beobachtet das qualitativ einer elektrodenlimitierten Leitfähigkeit
und damit der Schottky Gleichung entspricht [7, 91].
* 2 ⎛ e0
( Φ B − ∆Φ)
⎞
J Schottky = A T ⋅ exp⎜−
⎟ 3.23
⎝ kT ⎠
Mit A * als Richardson Konstante, T als Temperatur, e0 elektrische Ladung, ΦB Barrierenhöhe,
∆Φ die Absenkung der Barriere und k die Boltzmann Konstante. Die Barrierenabsenkung ∆Φ
ist dabei gegeben durch:
e0E
∆Φ =
3.24
4 ε
πε 0
r