Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Παπαϊωάννου Γεώργιος, Καθηγητής του Τμήματος Φυσικής
Περίληψη:
Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει σαν στόχο την μελέτη και κατανόηση των ηλεκτρικών ιδιοτήτων του οξειδίου του υττρίου(Y2O3) και του οξεδίου του τιτανίου(ΤiΟ2) ως διηλεκτρικά πύλης σε διατάξης τύπου M-I-M, υπό την επίδραση διαφορετικών συνθηκών.Αρχικά, παρουσιάζεται μια σύντομη αναδρομή στα μοντέλα διατάξεων στερεάς κατάστασης και στις τεχνικές ανάλυσης τέτοιων μοντέλων.
Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια εκτενής αναφορά στις βασικές έννοιες στης θεωρίας των διηλεκτρικών όπως η πόλωση και ο χρόνος αποκαταστασης.Ειδικότερα, αναλύονται οι διάφοροι μηχανισμοί πόλωσης που εμφανίζονται στα διηλεκτρικά.Στη συνέχεια, παρατίθενται οι κύριοι μηχανισμοί αγωγιμότητας στους οποίους υπακούουν τα διηλεκτρικά που μελετήθηκαν στην παρούσα εργασία.Τέλος, γίνεται αναφορά στην υπολογιστική μέθοδο της μέτρησης των μεταβατικών ρευμάτων πόλωσης και αποπόλωσης που χρησιμοποιήθηκε στο πλαίσιο των μετρήσεων που πραγματοποιήθηκαν.
Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα υλικά που μελετήθηκαν στην εργασία.Συγκεκριμένα, παρατίθενται τα βασικά χαρακτηριστικά τους και η κρυσταλλική τους δομή.Εν συνεχεία, αναλύονται οι κυριότερες ιδιότητες που παρουσιάζουν τα συγκεκριμένα οξείδια και τέλος σημειώνονται οι σημαντικότερες ηλεκτρονικές εφαρμογές στις οποίες χρησιμοποιούνται τα εν λόγω υλικά.
Στο επόμενο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση και η ανάλυση των πειραματικών αποτελεσμάτων για το οξείδιο του υττρίου.Περιγράφονται αρχικά τα τεχνικά χαρακτηριστικά και η δομή του δείγματος, καθώς και η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε για την λήψη των μετρήσεων.Οι ηλεκτρικές ιδιότητες του οξειδίου του υττρίου εξετάσθηκαν για διάφορες συνθήκες τόσο συναρτήσει του χρόνου όσο και της θερμοκρασίας.Η αύξηση της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου βρέθηκε ότι αυξάνει την παγίδευση φορέων με αποτέλεσμα μεγάλους χρόνους αποκατάστασης τόσο στην φόρτιση όσο και στην εκφόρτιση.Επιπλέον, από τις μετρήσεις ρεύματος-τάσης συναρτήσει της θερμοκρασίας για το εύρος από 300K εως και 440K , προκύπτει ότι οι κυρίαρχοι μηχανισμοί αγωγιμότητας στο Y2O3 εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την εκάστοτε θερμοκρασία.Συγκεκριμένα, για το εύρος από 300K εως και 340Κ ο μηχανισμός που κυριαρχεί είναι ο μηχανισμός Hopping.Για τις θερμοκρασίες 350K εως 370K και χαμηλά πεδία εως 0.5 MV/cm κυριαρχεί ο μηχανισμός Hopping ενώ για υψηλά πεδία προκύπτει ότι κυριαρχεί ο μηχανισμός Poole-Frenkel.Τέλος, για το εύρος από 380K εως 420Κ για χαμηλά πεδία κυριαρχεί πλέον ο μηχανισμός Schottky, ενώ ο μηχανισμός Hopping εμφανίζεται στις ενδιάμεσες τιμές πεδίου.Για τα υψηλά πεδία κυριαρχεί και σε αυτές τις θερμοκρασίες ο μηχανισμός Poole-Frenkel.
Παρόμοια ανάλυση, γίνεται στο τελευταίο κεφάλαιο για το διοξείδιο του τιτανίου.Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν για θετική και αρνητική πολικότητα επαληθεύουν την memristive συμπεριφορά του TiO2.Αναφορικά με το φαινόμενο του RS στην συγκεκριμένη περίπτωση παρατηρείται, ότι η διαδικασία του set και reset πραγματοποιείται σε διαφορετικές πολικότητες , συνεπώς η διαδικασία χαρακτηρίζεται ως διπολική(BRS-Bipolar Resistance Switching).Από τα αποτελέσματα που εξήχθησαν από τις μετρήσεις ρεύματος-τάσης συναρτήσει της θερμοκρασίας για το εύρος από 300K έως 440K , προκύπτει ότι για το εύρος 300Κ-380Κ οι μηχανισμοί που κυριαρχούν, είναι ο μηχανισμός Hopping για χαμηλά πεδία και μηχανισμός Schottky για υψηλά πεδία.Για τις ενδιάμεσες τιμές της έντασης του πεδίου γίνεται λόγος για μια συνύπαρξη των δύο αυτών μηχανισμών,χωρίς να αποκλείεται και η ύπαρξη ενός τρίτου μηχανισμού.Για το εύρος 400K-440K ο μηχανισμός που κυριαρχεί στα χαμηλά είναι αυτός του Hopping.Ωστόσο, στα υψηλά πεδία ο μηχανισμός που φαίνεται ότι κυριαρχεί είναι αυτός του Space-Charge-Limited-Conduction, ο οποίος ξεκινάει να εμφανίζεται στους 400K με την ωμική περιοχή και στους 440K φαίνεται όλο το εύρος τους μηχανισμού με τις τρεις διακριτές περιοχές του.
Λέξεις-κλειδιά:
Ηλεκτρικός χαρακτηρισμός, οξείδια μετάλλων, ρεύματα πόλωσης και αποπόλωσης, μηχανισμοί πόλωσης, μηχανισμοί αγωγιμότητας
