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研究生:李俊賢
研究生(外文):Jyun-sian Lee
論文名稱:分子束磊晶成長之m面與c面氮化鎵之電容電壓量測分析
論文名稱(外文):Capacitance-voltage analyses of m-plane and c-plane gallium nitride grown by MBE
指導教授:杜立偉杜立偉引用關係
指導教授(外文):L. W. Tu
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:物理學系研究所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:114
中文關鍵詞:氮化鎵m面電容電壓原子層沉積氮化銦氧化鋁
外文關鍵詞:GaNInNAl2O3m-planeC-VALD
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本文主要以探討c 面與m 面氮化鎵的差異,並試著以C-V 來觀察
其差異。
本實驗乃採用原子層沉積系統(Atomic Layer Deposit, ALD)成長
Al2O3於Si(111), c-plane ,N-face GaN, m-plane GaN, c-plane N-face
InN 以及m-plane InN 基材以製作金-氧-半二極體(MOS 二極體),其後
以100kHz 正弦波信號來量測高頻電容;並以電荷電壓法
(Charge-Voltage)量暫穩態之電容與樣品漏電。
以Si(111)為基材製作的MIS 結構,我們可以發現其平帶電壓離
理論值甚遠,由此可推測氧化層內部尚含電荷;此外,我們輔以低頻
量測與高頻量測,以暫穩態法(Quasi-static Method)估算界面陷阱電荷
量,估算結果約為1012 cm-2.eV-1;由參考資料[13]可知,SiO2/Si(111)
的界面陷阱電荷密度,理論上應該在1011 cm-2。同時我們將C-V 量測
得到的載子濃度與霍爾量測量到的載子濃度做比較,發現電容電壓量
測值偏高。此外,我們還將霍爾量到載子濃度,C-V 量到的COX 帶入
理想低頻C-V 公式得到的理想曲線作比對,發現電容最小值皆高於
模擬值。
在兩片GaN 樣品上,我們看到了深度空乏現象,而且以電荷電
壓法量到的C-V 曲線型狀與高頻類似。此現象說明了,GaN 的少數
3
載子產生時間甚長。此外我們利用照光輔助電容電壓量測,用以估算
GaN 的平均界面態密度,發現m-GaN 與c-GaN 相去不遠,其平均介
面態密度約落在1.7×1016 m-2.eV-1 ∼ 1.9×1016 m-2.eV-1。唯一有明
顯差異的,是平帶電壓的平移。經大量取樣數據分佈觀察可知,c-GaN
有相對m-GaN 偏負電的平帶電壓。
以InN 為基材的樣品,我們看到了中間低,左右高的C-V 曲線。
截至目前為止,尚無團隊公開於期刊尚未公布完整的InN 的C-V 曲
線。也因此目前尚不確定能否以一般用於計算半導體的方式來分析
InN 的C-V 數據。
This thesis will talk about the difference between c-plane and m-plane
GaN. We use C-V measurement and try to find the difference from C-V
result.
We use atomic layer deposit (ALD) to deposit Al2O3 no n-Si (111), p-Si
(111), c-GaN, m-GaN, c-InN and m-InN for making MOS structure. And
use 100 kHz to measure high frequency C-V and charge-voltage method
to measure quasi-static capacitance and leakage current. The process and
how the instrument work will present in article.
In Si (111) case, the flat-band voltage is far away from ideal value.
This tells us charge in oxide. Result of quasi-static method shows
interface state density is between 1011 cm-2.eV-1 to 1012 cm-2.eV-1. From
Ref. 13, SiO2-Si system with 1011 cm-2 interface trap charge density for
Si (111). We compare C-V carrier concentration with Hall carrier
concentration and find some difference. We put C-V result of experiment
and simulated with COX and Hall carrier concentration we measured.
In GaN case, here is deep depletion in C-V result. And quasi-static
result also shows deep depletion of GaN. This phenomenon means
generate time of hole of n-type GaN is very long. And we use light to
excite electron and hole and measure C-V for average surface density of
state. The density of stay of Al2O3/m-GaN and Al2O3/c-GaN system is
similar. Only appearance difference between Al2O3/m-GaN and
Al2O3/c-GaN is position of flat-ban voltage. flat-ban voltage of c-GaN is
more negative than m-GaN.
For InN, we see “the middle is lower than edge” curve. Recently, few
group present complete C-V curve of InN. We can not sure whether we
can use typical way to analyze this data.
摘要 1
第一章 導論 4
第二章 實驗理論 6
2-1 MOS 結構之電容與電壓關係與分析方式 6
2-1-1 理想MOS 二極體 6
2-1-2 理想MOS 二極體高低頻曲線模擬 13
2-1-3 非理想效應 17
2-2 霍爾效應 29
2-2-1 霍爾棒量測 29
2-2-2 Van der Pauw 法量電阻率 31
第三章 儀器與量測技術介紹 32
3-1 C-V 量測 32
3-1-1 高頻量測 32
3-1-2 低頻量測 33
3-2 掃描式電子顯微鏡 36
3-3 X 光繞射儀 37
3-4 分子束磊晶系統 38
3-5 電子束蒸鍍系統 39
3-6 原子層沉積系統 40
3-7 電感耦合電漿蝕刻系統 43
第四章 實驗 45
4-1 實驗設定 45
4-2 樣品製備 45
4-2-1 正式樣品後段製程 45
4-3 量測分析設定 48
4-3-1 量測設定 48
4-3-2 數據分析原則 50
4-4 量測結果與討論 53
4-4-1 測式品 n-type Si(111) 53
4-4-2 測試品 p-type Si(111) 59
4-4-3 測試樣品之結果討論 67
4-4-4 c-GaN C-V 量測結果 68
4-4-5 c-GaN C-V 量測結果 76
4-4-6 m-GaN 與c-GaN 橫向比較與討論 84
4-4-7 c-InN C-V 量測結果 88
4-4-8 m-InN C-V 量測結果 90
4-4-9 m-InN 與c-InN 之量測結果討論 92
4-5 結論 93
參考資料 94
附錄 本論文使用之c-GaN、m-GaN、c-InN、m-InN 之資訊 96
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Characterization third edtion (Wiley, New York, 2006), Chap. 6.
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