Growth and characterization of thin SiO2 and Ta2O5 dielectric layers by Nd: Yag laser oxidation
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2005
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: GÜLNUR AYGÜN ÖZYÜZER
Danışman: RAŞİT TURAN
Özet:öz Nd:YAG LASER OKSİTLEME YÖNTEMİ KULLANILARAK İNCE Si02 VE Ta205 DİELEKTRİK TABAKALARIN BÜYÜTÜLMESİ VE KARAKTERİZE EDİLMESİ Aygün Özyüzer, Gülnur Doktora, Fizik Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Raşit Turan Ortak Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Sinan Bilikmen Nisan 2005, 136 sayfa Amacımız, yarıiletken ve metal yüzeylerin lazer yardımıyla oksitlenmesi için bir yöntem geliştirmekti. Lazer ile oksitlemenin avantajlarından birisi, lazer ışınının çok ince bir yüzey tabakası içerisinde soğurulması gerçeği ve diğer avantajı ise oksitlemenin bölgesel olarak yapılabilmesidir. Buna ilave olarak, diğer işlemler aracılığıyla ulaşılamayan bazı bölgelere lazer ile ulaşmak mümkündür. Bu sebeplerden dolayı, 1064 nın dalga boyunda çalışan Nd:YAG darbeli lazeri, Si ve Ta ince filmini oksitlemek amacıyla kullanılmıştır. İlk olarak, farklı oksijen basıncı ve lazer güçleri için SİO2 tabakaları elde edildi. SİO2 tabakalarının kalınlığı, kincilik indisi, yapısı, dielektrik, elektrik ve opriksel özellikleri belirlenmiştir. Lazer gücü için, yüzey erimesi olmadan oksitlenmenin oluştuğu, bir aralığın bulunduğunu tespit ettik. Oksitleme işlemi, alttaş sıcaklığından (673 - 748 K) daha ziyade lazer gücü tarafından kontrol edilir. VIMümkün olabilen yüksek alttaş sıcaklıklarında ve 3.36 J/cm2 değerinden daha yüksek olan lazer gücünde büyütülen oksitin, daha iyi film kalitesine sahip olduğu durumu bulunmuştur. îkinci olarak, Ta205'nin yüksek dielektrik sabiti, yüksek kırılma voltajı ve nispeten küçük olan kaçak akım değerleriyle Si02'nin yerini alabilecek en iyi adaylardan birisi olması sebebinden dolayı, rf-sputter yöntemiyle elde edilen Ta tabakaları lazer kullanılarak oksitlendi. Alttaş sıcaklığının, ara-durum oksit değerleri az olan daha yoğun tabakalar elde etme bakımından önemli bir parameter olduğu ve yaklaşık olarak 350°C ile 400°C arasındaki alttaş sıcaklığının en uygun alttaş sıcaklığı olduğu bulunmuştur. înce filmler (20 - 25 nm kalınlığa kadar) 350 ile 400°C arasındaki alttaş sıcaklığında büyütüldüğünde ve kaim filmler (40 nm) ise 300 ile 350°C alttaş sıcaklığında büyütüldüğünde, |3 - ortorombik kristal yapısına sahip olduğu sonucu elde edildi. Lazer ile büyütülen ince tantalum oksit filmlerinin kincilik indisi değeri 1.9 ile 2.2 arasında değişmekte olup bulk Ta205'm kırıcılık indisi değerine (2.0 - 2.2) oldukça yakındır. Oksit kalınlıkları, düzgün Gaussian şeklinde olup başlangıçtaki Ta filminin yaklaşık olarak iki katı kalınlıktadır. Etkin dielektrik sabiti değerleri, alttaş sıcaklık değeri 250°C'den 400°C'ye artırıldığında, yaklaşık olarak 26'ya ulaşmıştır. Kaçak akım yoğunluğu seviyesinin artan alttaş sıcaklığı ile azaldığı gösterilmiştir. Buna rağmen, filmlerin kincilik indisi değerleri ısıtılarak büyül^enlerinkinden daha küçüktür. Düşük kincilik mdisinin sebebi, lazerle oksitleme esnasmda elde edilen yapının gözenekli olmasından kaynaklanıyor olabilir ve oksitleme sonrası ısıtma işlemleri aracılığıyla iyileştMlebilinir. Anahtar kelimeler : SİO2, Ta2Os, Nd:YAG lazer ile oksitleme, XPS, MOS yapılar, yansıma ve kincilik indisi. VU