氧化鋁－砷化銦鎵－砷化鎵金氧半電容穿隧電流低頻雜訊之研究

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研究生：	鄭博文 Cheng, Po-Wen
論文名稱：	氧化鋁－砷化銦鎵－砷化鎵金氧半電容穿隧電流低頻雜訊之研究 Low-frequency tunneling current noise in Al2O3 / In0.2Ga0.8As / GaAs metal-oxide-semiconductor capacitors
指導教授：	陳正中 Chen, J. C.
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 物理學系 Department of Physics
論文出版年：	2010
畢業學年度：	98
語文別：	中文
論文頁數：	50
中文關鍵詞：	III-V族金氧半電容元件、高介電常數材料、穿隧電流、1/f雜訊
外文關鍵詞：	III-V MOS capacitor, High K material, Tunneling current, 1/f noise
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本篇論文主要在探討氧化鋁(Al2O3)－p型砷化銦鎵(In0.2Ga0.8As)－p型砷化鎵(GaAs)異質結構金氧半電容(MOS capacitor)元件穿隧電流的低頻雜訊，而此低頻雜訊和頻率成反比，即為常見的1/fγ雜訊 (γ∼1)。實驗數據顯示穿隧電流1/fγ雜訊的量測對於MOS元件品質的檢測比I-V量測靈敏，而經過歸一化(Normalized)的雜訊功率和偏壓(Bias voltage)沒有明顯的關係。其物理起源目前有兩種說法，一種是慢陷阱(slow trap)協助的穿隧過程(Trap-assisted tunneling)，另一種則是慢陷阱造成氧化層－半導體介面位障高度(Barrier height)的擾動。而此穿隧電流雜訊有些微的非高斯行為，意即氧化層中不同地方產生雜訊的事件有輕微的關連性(correlation)，並非完全隨機的行為。

第一章  介紹    1
第二章  金氧半場效電晶體和雜訊    5
1  金氧半場效電晶體    5
1.1  矽基－金氧半場效電晶體(Si-based MOSFET)    5
1.2  閘極漏電流(Gate leakage current)    5
1.3  高介電常數材料和III-V族半導體    8
1.3-1  高介電常數材料    8
1.3-2  III-V族半導體    9
1.3-3  砷化鎵MOS元件    10
2  雜訊    11
2.1 功率頻譜密度(Power spectral density)-PSD    11
2.2 電子元件常見雜訊    11
2.2-1 熱雜訊    12
2.2-2 散彈雜訊    13
2.2-3 閃爍雜訊(Flicker noise)    14
2.3 金氧半場效電晶體的1/f 雜訊    15
2.3-1 汲源極電流1/f雜訊    16
2.3-2 閘極漏電流1/f雜訊    16
3 實驗動機    17
第三章  實驗方法    18
1 III-V MOS電容元件製備    18
2 樣品保護    19
3 電容量測設備    20
4 漏電流和雜訊量測設備    21
4.1 自製電壓供應器    22
4.2 自製接線盒    22
4.3 自製低雜訊電流─電壓轉換器    22
4.4 自製切換開關    23
5 安捷倫35670A動態訊號分析儀    23
6 系統背景雜訊    24
第四章  實驗結果    26
1 樣品電容－電壓曲線 (C-Vb curve)    26
2 樣品穿隧電流－電壓曲線 (IG-Vb curve)    27
3 樣品的1/fγ 雜訊    30
3.1 樣品1/fγ雜訊特性    31
3.2 不同條件樣品的1/f雜訊    31
3.3 非一般樣品的1/f雜訊    34
第五章  1/f雜訊起源討論    37
1  FN穿隧電流的擾動    37
2  樣品1/f雜訊的高斯性    39
第六章  結論    42
附錄A : 量測穿隧電流雜訊的運算放大器OPA選擇    43
附錄B：安捷倫35670A 動態訊號分析儀    48
參考文獻  49

                                

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全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

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