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In dieser Arbeit wird der Einsatz von Hafniumsilicat (HfxSiyO4), als ausgewählter Vertre-ter der Schichten hoher Dielektrizitätskonstante im Gatedielektrikum von haftstellenbasierten nichtflüchtigen Speicherzellen untersucht. Zunächst werden grundlegende elektrische Eigen-schaften (z.B. Haftstellentiefe, Haftstellendichte, dominierender Ladungstransportmechanis-mus) der Hafniumsilicatschich¬ten, welche mittels chemischer Dampfphasenabscheidung aus einer einzigen chemischen Verbindung abgeschieden wurden, aus Strom- und Kapazitäts-Spannungsmessungen abgeleitet. Die mittlere energetische Tiefe der Haftstellen in Hafnium-silicat wurde zu 0,8eV bestimmt und als Stromleitungsmechanismus dominiert die feldunter-stützte thermische Emission. Außerdem werden mittels Ellipsometrie durch¬geführte Schicht-dickenmessungen an Hafniumsilicatschichten mit den äquivalenten Oxiddicken verglichen, welche aus Kapazitäts-Spannungsmessungen ausgewertet wurden. Im Anschluss wird an Hand von MIS-Kondensatoren Hafniumsilicat als Ladungsspei-cherschicht untersucht. Messungen zeigen, dass HfxSiyO4-Dünnschichten weniger Haftstellen aufweisen, wenn das thermische Budget während der Bauelementeherstellung erhöht wird. Die Haftstellendichte der untersuchten HfxSiyO4-Schichten kann derart beeinflusst werden, dass sie höher als die in Siliciumnitrid ist. In diesem Fall weisen Proben mit einer Speicher-schicht aus HfxSiyO4 im Vergleich zu konventionellen Speicherteststrukturen bei einer gerin-geren äquivalenten Oxiddicke durch die größere Haftstellendichte eine höhere Schreibge-schwindigkeit auf. Gleichzeitig ist auf Grund der geringeren äquivalenten Oxiddicke eine deutliche Verringerung der Schreibspannung möglich. Andererseits wird der Löschvorgang mittels feldunterstützter thermischer Emission durch die geringere Feldstärke in der HfxSiyO4-Schicht behindert. Dieser Nachteil kann umgangen werden, wenn die Injektion heißer Löcher als Löschmechanismus eingesetzt wird. Messungen zur Speicherhaltezeit zeigen, dass die In-formation in einer Speicherzelle mit einer Speicherschicht aus HfxSiyO4 zuverlässig für mehr als 10 Jahre gespeichert werden kann. Dabei muss jedoch die Dicke der darüber und darunter liegenden Oxidschichten vergrößert werden, um zusätzliche Ladungsträgerverluste zu kom-pensieren, die durch die geringere Haftstellentiefe und effektive Elektronenmasse in HfxSiyO4 bedingt sind. Als nächstes werden MIS-Kondensatoren mit einem Steueroxid aus einer Schichtfolge von Hafniumsilicat und Siliciumdioxid charakterisiert und mit Teststrukturen verglichen, die einen konventionellen Speicherschichtstapel aufweisen. Der Schreibvorgang läuft für beide Schichtstapel mit vergleichbarer Geschwindigkeit ab, da sich die Bedingungen zur Ladungs-injektion, insbesondere die elektrische Feldstärke im Tunneloxid, nicht wesentlich unterschei-den. Die Ladungsemission (Löschvorgang) findet bei den Teststrukturen mit Hafniumsilicat schneller statt, weil die parasitäre Injektion von Elektronen aus der Gateelektrode auf Grund des geringeren elektrischen Feldes im Material hoher Dielektrizitätskonstante unterdrückt wird. Dies erhöht die Anwendbarkeit von feld¬unterstützter thermischer Emission als Lösch-mechanismus in nichtflüchtigen Speicherzellen im Vergleich zur stromintensiven Injektion heißer Löcher. Durch die Reduzierung des Leckstroms erhöht sich auch die elektrische Oxid-stabilität, weshalb höhere Löschspannungen verwendet werden können. Somit ist im Ver-gleich zu konventionellen nichtflüchtigen Speicherzellen eine schnellere Entfernung von La-dungen aus der Speicherschicht möglich. Allerdings ist auf Grund des Ladungseinfangs in der Hafniumsilicatschicht ein anfänglich starker Ladungsverlust zu beobachten. Eine Verringe-rung der Barriere¬höhe des Steueroxids unter hohen Feldstärken erhöht ferner die Tunnelwahr-scheinlichkeit eingefangener Ladungen aus den Haftstellen. Eine Verringerung der HfxSiyO4-Schichtdicke, bei der die guten Löscheigenschaften erhalten bleiben und gleichzeitig die La-dungsverlustrate während der Informationsspeicherung verringert wird, erscheint daher zweckmäßig. An Hand dieser Ergebnisse werden Schlussfolgerungen bezüglich der Verwendung von Hafniumsilicat und anderer Schichten hoher Dielektrizitätskonstante im Gatestapel nicht-flüchtiger Speicherzellen hergeleitet. Während der ausschließliche Ersatz der Ladungsspei-cherschicht aus Siliciumnitrid durch eine HfxSiyO4-Schicht zur Erhöhung der Löschdauer führt, könnte der Einsatz einer zusätzlichen dünnen Hafniumsilicatschicht im Steueroxid die-sen Nachteil kompensieren. Außerdem erscheint eine weitere Erhöhung der Speicherhaltezeit durch die Verwendung von Dielek¬trika mit einer höheren Barrierehöhe zu Silicium (z.B. Al2O3) oder mit vergleichbarer Barrierehöhe aber einer nochmals höheren Dielektrizi-tätskonstante (z.B. La2O3) sinnvoll.
Current conduction mechanisms through a metal-oxide semiconductor capacitor with a 9.6 nm thick SiO2 dielectric layer are characterized via Fowler-Nordheim (FN) and Poole-Frenkel (PF) plots, as well as through the analysis of the power exponent parameter α = d(log I)/d(log V). It is shown that the evaluation by means of α is much more sensitive in the accurate identification of different current conduction mechanisms. If FN tunneling and PF conduction occur simultaneously, evaluation using the α-voltage (α-V) plot actually allows one to determine the fraction of each conduction mechanism quantitatively. Even a slight current saturation due to minority carrier depletion, which cannot be detected through the evaluation of the current-voltage characteristics using FN or PF plots, can be detected by the α-V plot.
Ohmic contacts on p-doped 4H-SiC are essential for the fabrication of a wide range of power electron devices. Despite the fact that Ti/Al based ohmic contacts are routinely used for ohmic contacts on p-doped 4H-SiC, the underlying contact formation mechanisms are still not fully understood. TLM structures were fabricated, measured and analyzed to get a better understanding of the formation mechanism. SIMS analyses at the Ti3SiC2-SiC interface have shown a significant increase of the surface near Al concentration. By using numerical simulation it is shown that this additional surface near Al concentration is essential for the ohmic contact formation.
Abstract
GaN epitaxially grown on Si is a material for power electronics that intrinsically shows a high density of dislocations. We show by Conductive Atomic Force Microscopy (C-AFM) and Defect Selective Etching that even for materials with similar total dislocation densities substantially different subsets of dislocations with screw component act as current leakage paths within the AlGaN barrier under forward bias. Potential reasons are discussed and it will be directly shown by an innovative experiment that current voltage forward characteristics of AlGaN/GaN Schottky diodes shift to lower absolute voltages when such dislocations are present within the device. A local lowering of the Schottky barrier height around conductive dislocations is identified and impurity segregation is assumed as responsible root cause. While dislocation related leakage current under low reverse bias could not be resolved, breakdown of AlGaN/GaN Schottky diodes under high reverse bias correlates well with observed conductive dislocations as measured by C-AFM. If such dislocations are located near the drain side of the gate edge, failure of the gate in terms of breakdown or formation of percolation paths is observed for AlGaN/GaN high electron mobility transistors.