Diodos schottky de SiC para uso como detectores de energia de partículas carregadas

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Kaufmann, Ivan Rodrigo
• Orientador(a): Boudinov, Henri Ivanov
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Microeletrônica; Física
• Palavras-chave em Inglês: Silicon Carbide; SBH; MIS structures; Schottky Detector
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/171046

Neste trabalho foram investigadas estruturas de diodos Schottky de carbeto de silício (SiC) com potencial uso em detectores de energia de partículas carregadas. Para tanto, foram fabricados diodos Schottky de SiC do tipo Metal-Isolador-Semicondutor (MIS). Uma estrutura MIS é considerada uma vez que o SiC sempre forma em sua superfície uma fina camada de oxicarbeto de silício (SiCxOy) nativo, de difícil remoção por ataques químicos. Foi desenvolvido um modelo modificado da teoria de Emissão Termiônica (TE), de modo a levar em conta o óxido nativo e/ou finas camadas dielétricas inseridas entre metal e semicondutor nas estruturas de diodos Schottky. Foram fabricadas estruturas alumínio/dielétrico/silício para caracterização dos dielétricos utilizados. Foram depositados os dielétricos de SiO2, TiO2, HfO2 e Al2O3 entre o metal Ni e o semicondutor de SiC, variando as espessuras de 1 a 8 nm. As espessuras depositadas foram confirmadas por Elipsometria espectral e Reflectometria de raio X, anteriormente à deposição por sputtering do contato Schottky de Ni. Após a deposição e o tratamento térmico do Ni, as estruturas de diodos Schottky foram caracterizadas eletricamente por meio de medidas de Corrente-Tensão (I-V) e Capacitância-Tensão (C-V), variando a temperatura de medida. Foi observado que a presença de uma fina camada dielétrica entre metal e semicondutor aumenta artificialmente a Altura da Barreira Schottky (SBH), diminuindo a corrente reversa quando o diodo é polarizado reversamente. Por meio do modelo modificado da TE, foi calculada uma espessura variando de 0.18 – 0.20 nm para o oxicarbeto de silício presente nos diodos estudados. As SBH reais foram extraídas por meio das medidas de I-V, variando-se a temperatura. Foram obtidos os valores da SBH de 1.39, 1.32 e 1.26 V, para os dielétricos TiO2, Al2O3, HfO2 e com 1 nm de espessura nominal cada, respectivamente. Para esses, o fator de idealidade calculado ficou próximo de 1. Espessuras de dielétricos acima de 4 nm começam a apresentar características de capacitores Metal-Óxido-Semicondutor e não de diodos Schottky. Por fim, reportamos as estruturas de Ni/Al2O3/4H-SiC/Ni e Ni/HfO2/4H-SiC/Ni, com 1 nm de dielétrico depositado, para uso como detector de partículas alfa no experimento de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (RBS). Ambos os detectores apresentaram corrente reversa menor que 70 nA.cm-2 e resolução em energia de 76 keV, para polarização reversa de 40 V.