A study of defects in semiconductors is vital as defects tend to influence device operation by modifying their electrical and optoelectronic properties. This influence can at times be desirable in the case of fast switching devices and sometimes undesirable as they may reduce the efficiency of optoelectronic devices. ZnO is a wide bandgap material with a potential for fabricating UV light emitting diodes, lasers and white lighting devices only after the realization of reproducible p-type material. The realization of p-type material is greatly affected by doping asymmetry. The self-compensation behaviour by its native defects has hindered the success in obtaining the p-type material. Hence there is need to understand the electronic properties, formation and annealing-out of these defects for controlled material doping. Space charge spectroscopic techniques are powerful tools for studying the electronic properties of electrically active defects in semiconductors since they can reveal information about the defect “signatures”. In this study, novel Schottky contacts with low leakage currents of the order of 10-11 A at 2.0 V, barrier heights of 0.60 – 0.80 eV and low series resistance, fabricated on hydrogen peroxide treated melt-grown single crystal ZnO samples, were demonstrated. Investigations on the dependence of the Schottky contact parameters on fabrication techniques and different metals were performed. Resistive evaporation proved to produce contacts with lower series resistance, higher barrier heights and low reverse currents compared to the electron-beam deposition technique. Deep level transient spectroscopy (DLTS) and Laplace-DLTS have been employed to study the electronic properties of electrically active deep level defects in ZnO. Results revealed the presence of three prominent deep level defects (E1, E2 and E3) in the as-received ZnO samples. Electron-beam deposited contacts indicated the presence of the E1, E2 and E3 and the introduction of new deep level defects. These induced deep levels have been attributed to stray electrons and ionized particles, present in the deposition system during contact fabrication. Exposure of ZnO to high temperatures induces deep level defects. Annealing samples in the 300°C – 600°C temperature range in Ar + O2 induces the E4 deep level with a very high capture cross-section. This deep level transforms at every annealing temperature. Its instability at room temperature has been demonstrated by a change in the peak temperature position with time. This deep level was broad, indicating that it consists of two or more closely spaced energy levels. Laplace-DLTS was successfully employed to resolve the closely spaced energy levels. Annealing samples at 700°C in Ar and O2 anneals-out E4 and induces the Ex deep level defect with an activation enthalpy of approximately 160 – 180 meV. Vacuum annealing performed in the 400°C – 700°C temperature range did not induce any deep level defects. Since the radiation hardness of ZnO is crucial in space applications, 1.6 MeV proton irradiation was performed. DLTS revealed the introduction of the E4 deep level with an activation enthalpy of approximately 530 meV, which proved to be stable at room temperature and atmospheric pressure since its properties didn’t change over a period of 12 months. / Thesis (PhD)--University of Pretoria, 2013. / Physics / unrestricted

Les matériaux III-N ont apporté un gain considérable au niveau des performances des composants pour les applications en électronique de puissance. Les potentialités majeures du GaN pour ces applications résident dans son grand champ de claquage qui résulte de sa large bande interdite, son champ de polarisation élevé et sa vitesse de saturation importante. Les hétérostructures AlGaN/GaN ont été jusqu’à maintenant le système de choix pour l’électronique de puissance. Les limites sont connues et des alternatives sont étudiées pour les surmonter. Ainsi, les hétérostructures InAlN/GaN en accord de maille ont suscité beaucoup d’intérêts, notamment pour des applications en électronique de puissance à haute fréquence. L’enjeu de ce travail de thèse consiste à élaborer et caractériser des hétérostructures HEMTs (High Electron Mobility Transistors) afin d’établir des corrélations entre défauts structuraux, électriques et procédés de fabrication. Une étude sera donc menée sur la caractérisation de composants AlGaN/GaN afin de cerner les paramètres de croissance susceptibles d’avoir un impact notable sur la qualité structurale et électrique de la structure, notamment sur l’isolation électrique des couches tampons et le transport des porteurs dans le canal. En ce qui concerne les HEMTs InAlN/GaN, l’objectif est d’évaluer la qualité de la couche barrière. Pour cela, une étude de l’influence des épaisseurs ainsi que la composition de la barrière sera menée. La combinaison de ces études permettra d’identifier la structure optimale. Ensuite, l’analyse des contacts Schottky par des mesures de courant et de capacité à différentes températures nous permettra d’identifier les différents modes de conduction à travers la barrière. Enfin, les effets de pièges qui constituent l’une des limites fondamentales inhérentes aux matériaux étudiés seront caractérisés par différentes méthodes de spectroscopie de défauts. / III-N materials have made a significant gain in component performance for power electronics applications. The major potential of GaN for these applications lies in its large breakdown field resulting from its wide bandgap, high polarization field and high electronic saturation velocity. AlGaN/GaN heterostructures have been, until recently, the system of choice for power electronics. The limits are known and alternatives are studied to overcome them. Thus, lattice matched InAlN/GaN heterostructures have attracted a great deal of research interest, especially for high frequency power electronic applications. The aim in this work of thesis consists in developing and in characterizing High Electron Mobility Transistors (HEMTs) to establish correlations between structural, electrical defects and technologic processes. A study will therefore be conducted on the characterization of AlGaN/GaN components to enhance the parameters of growth susceptible to have a notable impact on the structural and electrical quality of the structure, in particular on the electrical isolation of the buffer layers and the transport properties. For InAlN/GaN HEMTs, the objective is to evaluate the quality of the barrier layer. For this, a study of the influence of the thickness as well as the composition of the barrier will be conducted. The combination of these studies will allow identifying the optimum structure. Then, the analysis of Schottky contacts by measurements of current and capacity at different temperatures will allow us to identify the several conduction modes through the barrier. Finally, the effects of traps which constitute one of the fundamental limits inherent to the studied materials will be characterized by various defects spectroscopy methods.

Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung von weitbandlückigen Halbleitern über raumladungszonenspektroskopische Methoden. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Detektion von elektronisch und optisch aktiven Defektzuständen in solchen Materialien. Die Experimente wurden exemplarisch an dem II-VI Halbleiter Zinkoxid (ZnO) durchgeführt, welcher inform von Volumenkristallen, Mikronadeln und Dünnfilmen zur Verfügung stand. Raumladungszonen wurden über Schottky-Kontakte realisiert. Nach einer Einführung in die Theorie der Raumladungszonenspektroskopie wird ein Überblick über Defekte in verschiedenartig gezüchteten ZnO gegeben. Dazu werden die Standardverfahren Strom-Spannungs-Messung, Kapazitäts-Spannungs-Messung, Thermische Admittanz- Spektroskopie (TAS) und Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) verwendet. Ergänzend wurden die auf weitbandlückige Halbleiter ausgelegten Verfahren Low Rate Deep Level Transient Spectroscopy (LR-DLTS) und Deep Level Optical Spectroscopy (DLOS) eingesetzt, mit welchen es möglich ist Defektzustände in der gesamten Bandlücke von ZnO nachzuweisen. Für die untersuchten Störstellenniveaus konnten somit die thermische Aktivierungsenergie, Einfangquerschnitte freier Ladungsträger und Photoionisationsquerschnitte bestimmt werden. Typischerweise werden tiefe Defekte durch die Bestrahlung mit hochenergetischen Protonen erzeugt. Derartige Behandlungen wurden an binären ZnO- und ternären (Mg,Zn)ODünnfilmen durchgeführt, wobei die Generationsrate eines Defektes über Variation der verwendeten Strahlungsdosis bestimmt wurde. Ionenimplantationen spielen eine große Rolle im Herstellungsprozess von Bauelementen, sind jedoch für ZnO nicht etabliert. Die Auswirkung der Implantation von inerten Argon-Ionen, sowie die nachträgliche thermische Behandlung auf die Konzentration intrinsischer Defekte wurde untersucht. Zink- und Sauerstoff-Implantationen bewirken, neben der Generation von Defekten, eine lokale Änderung der Stöchiometrie. Durch einen Vergleich der Defektkonzentrationen nach Zn-, O-, Ne- und Ar-Implantation können Rückschlüsse auf die chemische Natur intrinsischer Defekte geschlossen werden.:1 Einleitung I Grundlagen 2 Elektronische Eigenschaften von Defekten in Halbleitern 2.1 Typen und Klassifizierung von Defekten 2.2 Lokalisierte Zustände in Halbleitern 2.2.1 Donatoren und Akzeptoren 2.2.2 Flache Defekte und effektive Masse-Näherung 2.2.3 Tiefe Defekte 2.3 Besetzungsstatistik und Ratengleichungen 2.3.1 Thermische Emission 2.3.2 Optische Emission 2.3.3 Nichtstrahlender Einfang und Multiphononen Emission 2.3.4 Arrhenius Auswertung 2.3.5 Zeitentwicklung des Besetzungsgrades 3 Raumladungszonenspektroskopie 3.1 Metall-Halbleiter-Kontakte 3.2 Kapazitätstransienten 3.3 Kapazitäts-Spannungs-Messungen (C(U)) 3.4 Thermische Admittanz Spektroskopie (TAS) 3.5 Deep level transient spectroscopy (DLTS) 3.6 Konzentrationsbestimmung 3.7 Laplace-Deep level transient spectroscopy (LDLTS) 3.7.1 Entstehung des LDLTS-Signals 3.7.2 Einschränkungen der Methode 3.8 Deep level optical spectroscopy (DLOS) 4 Die Halbleiter ZnO und MgZnO 4.1 Kristallstruktur und Gitterparameter 4.2 Bandstruktur 4.3 ZnO als transparentes leitendes Oxid 4.4 Defekte in ZnO 5 Probenherstellung und Charakterisierung 5.1 ZnO-Züchtung 5.1.1 ZnO-Volumenkristalle 5.1.2 ZnO-Dünnfilme 5.2 Kathodenzerstäubung 5.3 Protonenbestrahlung und Ionenimplantation 5.3.1 Bremsquerschnitt 5.3.2 Protonenbestrahlung 5.3.3 Ionenimplantation 5.4 Probenaufbau und Schottky-Kontakte 5.5 Raumladungszonenspektroskopie-Messplatz 5.6 Rasterkraftmikroskopie 5.7 Kelvinsondenkraftmikroskopie 5.8 Röntgendiffraktometrie 5.9 Photolumineszenzspektroskopie II Charakterisierung züchtungsinduzierter Defekte 6 Defekte in ZnO-Volumenkristallen und -Dünnfilmen 6.1 Elektrische Eigenschaften 6.2 Thermische Admittanz-Spektroskopie 6.3 Deep-level transient spectroscopy 6.4 E3 und E3’ in ZnO Dünnfilmen 6.4.1 Low Rate – DLTS 6.4.2 Laplace-DLTS 6.4.3 thermisch aktivierter Einfang von E3’ 6.5 Einfluss thermischer Nachbehandlung 6.6 Einfluss der Züchtungstemperatur 6.7 Die Meyer-Neldel Regel 6.8 E7, TH1 und T4 in ZnO – DLOS 6.8.1 Raumtemperatur DLOS des ZnO-Volumenkristall 6.8.2 Raumtemperatur DLOS des ZnO-Dünnfilm 6.8.3 DLOS-Messungen bei tiefen Temperaturen 6.9 Optische Anregung von E3’ in ZnO-Dünnfilmen 7 Defekte in (Mg,Zn)O-Dünnfilmen 7.1 (Mg,Zn)O-Dünnfilme auf a-Saphir 7.2 Photolumineszenz 7.3 XRD 7.4 DLTS-Untersuchungen 7.5 E3 in verspannten (Mg,Zn)O-Filmen 7.6 DLOS – T4 und TH1 in (Mg,Zn)O-Dünnfilmen 7.7 Zusammenfassung 8 Einfluss der Wachtumsorientierung auf die Defektstruktur von ZnO-Dünnfilmen 8.1 ZnO-Dünnfilme auf a-, m- und r-Saphir 8.2 Strukturelle Eigenschaften 8.3 Photolumineszenz 8.4 Elektrische Eigenschaften 8.5 Defektsignaturen III Charakterisierung strahlungsinduzierter Defekte 9 Protonenbestrahlung an (Mg,Zn)O-Dünnfilmen 9.1 Der E4-Defekt in ZnO – Stand der Literatur 9.2 E4 in polaren (Mg,Zn)O-Dünnfilmen 9.2.1 Probenaufbau und Protonenbestrahlung 9.2.2 Elektrische Eigenschaften 9.2.3 DLTS-Untersuchungen 9.3 E4 in unpolaren ZnO-Dünnfilmen 9.4 Zusammenfassung 10 Defekte in Argon-implantierten ZnO-Dünnfilmen 10.1 Probenstruktur und Ionenimplantation 10.2 Thermische DLTS 10.3 DLTS mit monochromatischer Anregung 11 Defekte in Zn- und O-implantierten ZnO-Dünnfilmen 11.1 Proben und Ionenimplantation 11.2 Nettodotierkonzentration 11.3 Thermische DLTS 11.4 DLOS 11.5 Defekte mit geringen Konzentrationen – E470 und E390 12 Zusammenfassung und Ausblick

Die vorliegende Dissertation wurde mit dem Ziel entworfen, ein besseres Verständnis zu erlangen, was die Anforderungen sind, die den künftigen Arbeitsgruppenmitgliedern erlauben, Bedürfnissen von modernen Unternehmen zu genügen. Die Kooperationsbereitschaft von Gruppenmitgliedern scheint ein Schlüsselfaktor zu sein, der ihre Fähigkeit freisetzt, einer beliebigen Aufgabe entgegen zu handeln. Quantitative wie auch qualitative Daten wurden im Rahmen einer explorativen Studie erhoben. Ein Fragebogen (Intercultural Attitude Orientation) wurde mit der Absicht entwickelt, Einstellung von Individuen gegenüber Diversität quer durch Populationen abzufragen. An der explorativen Studie haben 1351 Individuen aus 97 Ländern teilgenommen. Bei einer Faktorenanalyse von 12 Items wurde die entgültige acht Items umfassende Skala gebildet. Eine experimentelle Gruppenstudie wurde entworfen, um Entscheidungsprozesse anzustoßen, die erkennen lassen, ob die Kooperationsbereitschaft der Gruppenmitglieder die Gruppenperformanz erhöht. An der experimetellen Studie haben 249 Individuen teilgenommen, die nach einem Zufallsverfahren in Arbeitsgruppen eingeteilt wurden. Die unabhängigen Variablen waren demografische Gruppenkomposition und Informationsdiversität. Die abhängigen Variablen waren Messungen der Gruppenperformanz. Es wurde festgestellt, dass trotz der demografischen Gruppenkomposition Arbeitsgruppen, die Pakete mit unterschiedlichen Informationen erhielten, besser abgeschnitten haben, als Gruppen, denen Pakete mit ähnlichen Informationen zur Verfügung gestellt wurden. Erfahrung der Gruppenmitglieder mit Diversität, ihre Einstellung gegenüber Diversität, Social Dominance Orientation, Zufriedenheit, Kooperation, Ähnlichkeit in Arbeitsstil und Anzahl der gesprochenen Sprachen wurden getrennt im Hinblick auf die Gruppenergebnisse analysiert. Es wurde herausgefunden, dass diese Messungen in einigen Fällen zueinander in Beziehung standen, was einen Einfluß auf Gruppenprozess hatte. / The current dissertation has been designed with the attempt to seek a better understanding of the requirements for prospective workgroup members to fit demands of today''s organizations. Members'' willingness to cooperate appears to be a key factor unlocking their ability to act upon any given task. Quantitative as well as qualitative data have been gathered in the context of an explorative study. A questionnaire (Intercultural Attitude Orientation) has been constructed with the intent to sense individuals'' attitude toward diversity across populations diverging in age, gender, nationality, and occupational status. The explorative study involved the participation of 1351 individuals from 97 different countries. Out of twelve explorative items, one factor solution was extracted, thus building the final 8-item scale. An experimental group study was designed to elicit decision-making procedures set to entangle whether or not members'' readiness to cooperate enhances group performance in the context of a short and cognitively demanding task. The experimental study involved the participation of 249 individuals randomly assigned into workgroups. The two independent variables were group demographical composition and information diversity. Demographical composition was defined either according to national or gender demographics. The outcome variables were measures of workgroup performance. It was found that despite workgroup demographical composition, groups which received diverse information, performed better than workgroups, which received similar information. Members'' quality and quantity of exposure to diversity, attitude toward diversity, social dominance orientation, satisfaction, cooperation, work-style similarity, and number of spoken languages were separately analyzed with regard to group outcomes. Findings revealed that these measures were in some cases linked to one another, thus affecting group process.

La fabrication des composants semi-conducteurs à base de nitrure de gallium (GaN) connaît actuellement une grande expansion. Ce matériau, par ces propriétés physico-chimiques intéressantes, est un très bon candidat pour la fabrication des composants de puissance à haute fréquence de fonctionnement. Dans la pratique, avant d’intégrer ces composants dans un système électronique, l’analyse de leur fiabilité est une étape nécessaire pour valider la technologie de fabrication utilisée. L’objectif de ce travail est la détermination des mécanismes physiques responsables de la dégradation des performances des Transistors à Haute Mobilité Electronique (HEMT) à base d’hétérostructures AlGaN/GaN et AlInN/GaN. Dans un premier temps, la caractérisation en régime statique des composants, par des mesures de courant et de capacité à différentes températures, nous a permis de repérer certaines anomalies dans les caractéristiques des composants. Cette non-idéalité liée aux effets thermiques semble provenir des mécanismes de piégeage des porteurs par les défauts dans le matériau. Dans le but d’analyser ces mécanismes, des mesures de spectroscopie de défauts profonds (DLTS) ont été effectuées sur la capacité de type Schottky du contact de la grille. L’étape suivante a consisté à mesurer les pièges profonds dans les HEMTs par DLTS en courant de drain, de façon à déterminer quels défauts influencent directement le courant dans ces dispositifs. Cette étude a été effectuée sur différents composants avec différentes géométries pour analyser au mieux le comportement de ces pièges. L’étude du contact de grille est aussi une étape importante pour déterminer les origines de défaillance des composants. Pour cela, nous avons réalisé une étude approfondie sur les différents mécanismes de transport à travers la barrière métal/semi-conducteur. Cette étude nous a permis de conclure sur la stabilité du contact de grille après les tests de vieillissement accélérés. / The manufacture of semiconductor components based on gallium nitride (GaN) is currently undergoing a major expansion. This material, by his physical and chemical attractive properties, is a very good candidate for the manufacture of high power and hign frequency operating components. In practice, before integrating these components in an electronic system, the analysis of reliability is a necessary step to validate the used manufacturing technology. The objective of this work is to determine physical mechanisms responsible for the performance degradation of high electron mobility transistors (HEMT) based on AlGaN/GaN and AlInN/GaN heterostructures. At first, the static characterization of the components, by current and capacitance measurements at different temperatures, allowed us to identify anomalies in the characteristics. This non-ideality due to thermal effects seem to come from the trapping mechanisms of carriers by defects in the material. In order to analyze these mechanisms, deep levels transient spectroscopy measurements(DLTS) were carried out on the Schottky contact of the gate. The next step was to measure the deep traps in HEMTs by DLTS on drain current, in order to identify defects directly related to the current in these devices. This study was performed on different components with different geometries to analyze the behavior of these traps. The study of the gate contact is an important step in determining the origin of component failure. For this, we conducted a deep study on different transport mechanisms across the metal/semiconductor barrier. This study allowed us to conclude on the stability of the gate contact after the accelerated aging tests.

團隊多元化(team diversity)指的是團隊成員於人口統計屬性(如性別、年齡與種族)或潛在特性(如人格特質、工作態度或工作價值觀)上之分配情形與差異程度，或可稱之為團隊異質性(team heterogeneity)。過去實證研究雖指出團隊多元化可對團隊結果產生不同方向與程度之影響，但對於不同類型多元化與不同團隊結果間之關係仍缺乏較完整之探討。本研究將團隊多元化區分為關係相關多元化(relation-oriented diversity)與工作相關多元化(job-related diversity)，其中，再進一步將關係相關多元化分為表象多元化(surface-level diversity)與深層多元化(deep-level diversity)，目的在釐清各種多元化屬性之異同處。同時，本研究另將團隊結果分為團隊歷程與團隊績效。與過去研究不同的，本研究不僅探討團隊內部凝聚力，更將團隊多元化連結至外部歷程－外部活動(external activity)，以檢視多元化與外部活動間之關聯性。 本研究以社會分類與社會認同理論解釋關係相關多元化對團隊歷程與團隊績效之影響，假設愈高的表象多元化與深層多元化將對團隊歷程與團隊績效造成負向影響。本研究另以資訊與決策觀點及認知資源觀點解釋工作相關多元化對團隊歷程與團隊績效之影響，假設工作相關多元化將對團隊外部活動與團隊績效造成正向影響。 本研究以62位團隊主管與280位研發工程師，共62個研發團隊為對象，探討關係相關多元化與工作相關多元化對各種團隊結果之影響。本研究以問卷調查法搜集資料，發放問卷予研發工程師與團隊主管，前者回答多元化屬性與團隊歷程問項，後者回答多元化屬性與團隊績效問項。 研究結果發現，深層多元化與團隊凝聚力呈負相關，且深層多元化對團隊凝聚力之負向影響大於表象多元化。表象多元化與外部活動呈負相關，且表象多元化愈高之團隊，其團隊績效愈低。同時，工作相關多元化對外部活動與團隊績效呈正相關。由此可知，不同類型之團隊多元化可對不同團隊結果造成影響，當團隊之關係相關多元化愈高時，其團隊凝聚力愈低；而當團隊之工作相關多元化愈高時，其團隊績效愈高。因此，在探討團隊多元化與團隊結果之關係時，須仔細地思考關係相關與工作相關多元化是否會對特定類型結果產生影響，方能有助於團隊多元化研究成果之累積。 / Team diversity refers to the differences and heterogeneity of the team members’ attributes that people use to tell themselves that another person is different. Diversity is traditionally conceptualized in terms of visible differences in age and gender. Individuals may also differ on less visible characteristics such as level of education, tenure, personality, and attitude. Past research had investigated the relationship between diversity and team outcomes, however, conclusive findings of the effects of diversity on team processes and outcomes still do not exist. There is a need to develop a theory to explain the complexity of diversity and team outcomes. In this study, we adopted Jackson, May, and Whitney’s (1995) argument, offering a distinction between relation-oriented and job-related diversity, in which the former represents diversity attribute that are easily detectable or underlying and likely to evoke others’ socioemotional responses. Furthermore, relation-oriented diversity is categorized as surface-level and deep-level attribute. The former is defined as biological characteristics that are typically reflected in physical features, the latter is the differences among members’ attitudes, beliefs, and personality. To understand the impact of different types of diversity in team outcomes, this study links diversity to team cohesiveness, performance, and a new outcome, external activity. According to social categorization and social identity theories, relation-oriented diversity is negatively related to team cohesiveness, external activity and team performance. Whereas the social categorization perspective explains the relationship between relation-oriented diversity and team outcomes, the information/decision-making and cognitive resources perspectives focus more on job-related diversity. The information/decision-making and cognitive resources theories propose that variances in job-related attributes have a positive impact through increase in the skills, abilities, information, knowledge, and confidence that diversity brings, independent of what happens in the group process. There are 62 team leaders and 280 engineers, totally 62 teams, responding to the survey. We distribute different questionnaires to leaders and engineers. Besides individual characteristics, leaders evaluated the team performance, and engineers answered their perception about their team. Results show that deep-level diversity is negatively related to cohesiveness. Moreover, the impact of deep-level diversity on cohesiveness is stronger than surface-level diversity. Teams higher in surface-level diversity perform less external activity, and received lower leader rating for team performance. Results also show that job-related diversity is positively related to team performance. Apparently, different type of diversity leads to specific team outcomes. Teams higher in relation-oriented diversity lower cohesiveness, and those higher in job-related diversity lead to higher performance. Implications and future research needs are discussed.

Ce manuscrit expose des travaux effectués entre 1994 et 2004 sur la fiabilité des composants à base de structures MOS et la fiabilité des oxydes ultra-minces de SiO2 (<10nm) utilisés comme isolant de grille dans ces composants. Nous avons établi un lien entre courants de fuite dans l'oxyde (SILC) et injection de porteurs chauds, principalement les trous chauds, dans les oxydes de 3.8 et 4.7nm. La dépendance en champ et en température du SILC soutient un modèle d'effet tunnel assisté par des défauts neutres barycentriques dans l'oxyde, même si une composante partielle de type Schottky est identifiable. Pour les claquages de type Soft-breakdown relevés, nous avons proposé un modèle simple, fondé sur un rétrécissement local de l'épaisseur d'oxyde. Le phénomène LVSILC, typique de la structure MOS en déplétion, est mis en évidence suite à des stress à tension constante pour des oxydes entre 2.5 et 1.2 nm. Nous proposons de l'interpréter comme un effet tunnel assisté par des niveaux proches des bandes de conduction ou de valence de la densité d'états d'interface. Les mécanismes de génération sont principalement déterminés par l'énergie des porteurs injectés (y compris dans le cas d'injections de porteurs chauds), et génèrent une loi d'accélération en VG pour le vieillissement en mode tunnel direct. On établit une loi générale, donnant la probabilité de création de défauts en fonction des paramètres qui déterminent l'énergie des porteurs injectés. <br />Nos études sur les porteurs chauds nous ont aussi amené à étudier la fiabilité de transistor MOSFET lors de contraintes dynamiques (AC), caractéristiques des séquences de polarisation en mode normal de fonctionnement. Le résultat pratique de ce travail est la mise en oeuvre d'une méthodologie s'inspirant de l'hypothèse quasi-statique pour la prévision des durées de vie AC. Cette méthodologie, éprouvée et comparée aux résultats de mesure dans un certains nombre de cas où sa validité est reconnue, est appliquée au cas plus complexe du transistor de passage NMOS. L'accord reste satisfaisant, mais nous avons également mis en évidence les limitations de cette technique lors de séquences faisant intervenir des relaxations, des périodes de dépiégegage ou des dégradations bi-directionnelles.<br />Concernant le lien entre les étapes du procédé et la fiabilité, nous avons étudié l'influence d'une étape d'implantation ionique à haute énergie, qui induit un dégât dans le volume du semi-conducteur détecté électriquement par C(V), mais aussi des courants de fuite similaires au SILC (IILC Implantation Induced Leakage Current). Nous avons mis au point une méthodologie optimisée de détection du Wafer Charging, utilisant des injections très courtes de porteurs chauds (au pic de courant électronique) dans le transistor PMOS. Cette méthode s'est révélée plus sensible et plus révélatrice que les injections pratiquées en régime Fowler-Nordheim ou la simple étude paramétrique pour détecter les défauts latents issus du charging dans les oxydes minces. Enfin, nous avons identifié par DLTS les défauts issus d'une contamination au Fer dans le Silicium (paire Fe-B et Fer interstitiel Fei) et avons observé la re-transformation spontanée du Fei en paire Fe-B en quelques heures.

The continuous downscaling has enforced the device size and oxide thickness to few nanometers. After serving for several decades as an excellent gate oxide layer in complementary metal oxide semiconductor (CMOS) devices, the thickness of SiO2 layer has reached to its theoretical limits. Ultra-thin films of SiO2 can result in severe leakage currents due to direct tunneling as well as maintaining the homogeneity of the layers becomes an additional challenge. The use of a high- (HK) layer can solve these twin concerns of the semiconductor industry, which can also enhance the capacitance due to superior dielectric permittivity and reduce the leakage current by being thicker than the silicon dioxide. This thesis is concerned about the development of solution route fabricated high-k (TiO2, ZrO2 and HfO2) gate dielectrics and the investigation of high-/silicon interfaces by highly sensitive DLTS technique in MOS structures. The solution processing reduce the industrial fabrication cost and the DLTS method has the advantage to accurately measure the interface related defects parameters; such as interface trap density (Dit), capture cross-section (), activation energy (ET) and also distinguish between bulk and interface traps. In this thesis, HK films have been deposited by solution route, the material and electrical properties of the film and the HK/Si interface have been extensively evaluated. IN CHAPTER 1, we have summarized the history and evolution of transistor and it provides the background for the work presented in this thesis. IN CHAPTER 2, we have described the experimental method /technique used for the fabrication and characterization. The advantages and working principals of spin-coating and DLTS techniques are summarized. IN CHAPTER 3, we have presented the preparation and optimization of TiO2 based HK layer. Structural, surface morphology, optical electrical and dielectric properties are discussed in details. A high- 34 value is achieved for the 36 nm TiO2 films. IN CHAPTER 4, we presented the technologically relevant Si/TiO2 interface study by DLTS technique. The DLTS analysis reveals a small capture cross-section of the interface with acceptable interface state density. IN CHAPTER 5, we have focused on the fabrication of amorphous ZrO2 films on p-Si substrate. The advantage of amorphous dielectric layer is summarized as first dielectric reported SiO2 is used in its amorphous phase. The moderate-15 with low leakage current density is achieved. IN CHAPTER 6, the HfO2 films are prepared using hafnium isopropoxide and a high value of dielectric constant 23 is optimized with low leakage current density. The current conduction mechanisms are discussed in details. IN CHAPTER 7, we have probed the oxygen vacancy related sub-band-gap states in HfO2 by DLTS technique. IN CHAPTER 8, we have presented the summary of the dissertation and the prospect research directions are suggested. In summary, we have studied the group IVB transition metal elemental oxides (TMEO); TiO2, ZrO2 and HfO2 thin films in the MOS structure, as a possible replacement of SiO2 gate dielectric. For the TMEO films deposition a low-cost and simple method spin-coating was utilized. The film thicknesses are in the range of 35 – 39 nm, which was measured by ellipsometry and confirmed with the cross-sectional SEM. A rough surface of gate dielectric layer can trap the charge carrier and may cause the Fermi level pinning, which can cause the threshold voltage instabilities. Hence, surface roughness of oxide layer play an important role in CMOS device operation. We have achieved quite good flat surfaces (RMS surface roughness’s are 0.2 – 2.43 nm) for the films deposited in this work. The TiO2 based MOS gate stack shows an optimized high dielectric constant ( 34) with low leakage current density (3.710-7 A.cm-2 at 1 V). A moderate dielectric constant ( 15) with low leakage current density (4.710-9 A.cm-2 at 1 V) has been observed for the amorphous ZrO2 thin films. While, HfO2 based MOS gate stack shows reasonably high dielectric constant ( 23) with low leakage current density (1.410-8 A.cm-2 at 1 V). We have investigated the dominating current conduction mechanism and found that the current is mainly governed by space charge limited conduction (SCLC) mechanism for the high bias voltages, while low and intermediate bias voltages show the (Poole – Frenkel) PF and (Fowler – Nordheim) FN tunneling, respectively. For the HfO2 MOS device band alignment is drawn from the UPS and J-V measurements. The band gap and electron affinity of HfO2 films are estimated 5.9 eV and 3 eV, respectively, which gives a reasonable conduction band offset (1.05 eV) with respect to Si. A TMEO film suffers from a large number of intrinsic defects, which are mostly oxygen vacancies. These defects can create deep levels below the conduction band of high- dielectric material, which can act like a hole and electron traps. In addition to that, interface between Si and high- is an additional concern. These defect states in the band gap of high- or at the Si/ high- interface might lead to the threshold voltage shifts, lower carrier mobility in transistor channel, Fermi level pinning and various other reliability issues. Hence, we also studied bulk and interfacial defects present in the high- films on Si and their interface with Si by a very sensitive DLTS technique. The capture cross-sections are measured by insufficient filling DLTS (IF – DLTS). The defects present at the interface are Si dandling bond and defect in the bulk are mostly oxygen vacancies related defects present in various charge states. The interface states (Dit) are in the range of 2×1011 to 9×1011 eV-1cm-2, which are higher than the Al/SiO2/Si MOS devices (Dit in Al/SiO2/Si is the benchmark and in the order of 1010 eV-1cm-2). Still this is an acceptable value for Si/high-k (non-native oxide) MOS devices and consistent with other deposition methods. The capture cross-sections are found to be quite low in the order of 10-18 to 10-19 cm2, which indicate a minor impact on the device operation. The small value of capture cross-sections are attributed to the involvement of tunneling, to and from the bulk traps to the interface. In conclusion, the low cost solution processed high- thin films obtained are of high quality and find their importance as a potential dielectric layer. DLTS study will be helpful to reveal various interesting facts observed in high- such as resistive switching, magnetism and leakage current problems mediated by oxygen vacancy related defects

L’oxyde de zinc ZnO, est un semiconducteur II-VI très prometteur pour les applications en opto-électronique dans le domaine UV, notamment pour la réalisation de dispositifs électroluminescents (LED). Les potentialités majeures du ZnO pour ces applications résident notamment dans sa forte liaison excitonique (60 meV), sa large bande interdite directe (3.4 eV), la disponibilité de substrats massifs de grand diamètre ainsi que la possibilité de réaliser des croissances épitaxiales de très bonne qualité en couches minces ou nano structurées (nanofils). Néanmoins, le développement de ces applications est entravé par la difficulté de doper le matériau de type p. L'impureté permettant d'obtenir une conductivité électrique associée à des porteurs de charges positifs (trous), et donc la réalisation de jonctions pn à base de ZnO, n'a pas encore été réellement identifiée. C'est pourquoi une des étapes préliminaires et nécessaires à l'obtention d'un dopage de type p fiable et efficace, réside dans la compréhension du dopage résiduel de type n, ainsi que des phénomènes de compensation et de passivation qui sont mis en jeu au sein du matériau. La maîtrise de la nature des contacts (ohmique ou Schottky) sur différentes surfaces d'échantillons de ZnO nous a permis dans ce but de mettre en œuvre à la fois des mesures de transport (résistivité et effet Hall) et des mesures capacitives (capacité-tension C(V), Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) et Spectroscopie d'admittance).Dans un premier temps, nous avons donc cherché à comprendre de manière approfondie les propriétés électriques du ZnO massif. Nous avons ainsi étudié le rôle des défauts profonds et peu profonds sur la conductivité des échantillons, aux travers de différents échantillons massifs obtenus par synthèse hydrothermale ou par croissance chimique en phase vapeur. Nous avons également étudié l'impact de la température de recuits post-croissance, sur les propriétés de transport des échantillons. A la lumière des résultats obtenus sur le dopage résiduel de type n des échantillons de ZnO massifs, nous avons ensuite procédé à différents essais de dopage de type p du ZnO par implantation ionique d'azote et par diffusion en ampoule scellée d’arsenic. L'impureté azote a été choisie dans le cadre d'une substitution simple de l'oxygène qui devrait permettre de créer des niveaux accepteurs dans la bande interdite du ZnO. Nous avons également étudié l'impureté arsenic, qui selon un modèle théorique peut former un complexe qui permet d'obtenir un niveau accepteur plus proche de la bande de valence que le niveau. Outres les études réalisées sur les échantillons de ZnO massif et les essais de dopage de type p, nous avons également étudié les propriétés électriques d'échantillons de ZnO monocristallins sous forme de couches minces obtenues par croissance en phase vapeur d’organométalliques, dopées intentionnellement ou non. Les corrélations entres les mesures SIMS et C(V) nous ont permis notamment de mettre en évidence une diffusion et un rôle très importante de l'aluminium sur les propriétés électriques des couches minces de ZnO épitaxiées sur substrat saphir.Dans le cadre de cette thèse nous avons réussi à clarifier les mécanismes du dopage de type n, intentionnel ou non intentionnel, dans le ZnO monocristallin. Nous avons également identifié les impuretés et les paramètres de croissance importants permettant d'obtenir un dopage résiduel de type n le plus faible possible dans les couches épitaxiées. Cette maitrise du dopage résiduel de type n est une étape préliminaire indispensable aux études de dopage de type p car elle permet de minimiser la compensation des accepteurs introduits intentionnellement. Cette approche du dopage sur des couches minces de ZnO dont le dopage résiduel de type n est très faible apparait comme une voie très prometteuse pour surmonter les problèmes d'obtention du dopage de type p. / Zinc oxide (ZnO) is a II-VI semiconductor which appears as a very promising material for UV opto-electronic applications, in particular for the production of light emitting devices (LED). For these applications, ZnO presents strong advantages as a high exciton binding energy (60 meV ), a wide direct band gap (3.4 eV), the availability of large diameter bulk substrates for homoepitaxial growth of high quality thin films or nanostructures. However, the development of these applications is hampered by the difficulty to dope ZnO p-type. The impurity leading to an electrical conductivity associated with positive charge carriers (holes), and therefore the production of ZnO pn junctions have not yet been really identified.In this thesis we have studied the physical mechanisms that govern the electrical properties of ZnO single crystal and epilayers. The control of contacts (ohmic or Schottky) on different ZnO surfaces allowed us to carry out both transport measurements (resistivity and Hall effect) and capacitance measurements (C(V), Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) and admittance spectroscopy).At first, we have studied the role of deep and shallow defects on the n-type conductivity of bulk ZnO samples obtained by Hydrothermal synthesis (HT) or by Chemical Vapor Transport (CVT). We also investigated the impact of post-growth annealing at high temperature under oxygen atmospheres on the transport properties of samples. Thanks to the previous results on the residual n-type doping, we have reported on several attempts to obtain p-type ZnO. We have discussed the potential of different candidates for the achievement of p-type doping and present our tentative experiments to try and demonstrate the reality, the ability and the stability of p-type doping by nitrogen implantation and arsenic diffusion. The nitrogen impurity has been chosen for oxygen substitution, which should allow the creation of acceptor levels in the ZnO band gap. We also studied arsenic as a potential p-type dopant, according to a model whereby arsenic substitutes for oxygen and, if associated with two zinc vacancies, forms a complex with a shallower ionization energy than in the case of direct oxygen substitution.In addition to the studies on bulk ZnO samples and attempts on p-type doping, we have also studied the electrical properties of thin film ZnO samples obtained by Metal Organic Vapor Phase Epitaxy, either intentionally or unintentionally doped. Correlations between SIMS and C(V) measurements allowed us to highlight especially the importance of aluminum as a residual impurity in epitaxial layers grown on sapphire substrates.In this thesis we have clarified intentional or unintentional n-type doping mechanisms in ZnO single crystal samples. We have also identified impurities and growth parameters responsible for the residual n-type doping. This understanding is a crucial and preliminary step for understanding the doping mechanisms at stake in this material and is also necessary to achieve stable p-type conductivity, which is still the main challenge for the realization of optoelectronic devices based on ZnO.

Solarzellen aus organisch-anorganischen hybriden Perowskithalbleitern gelten als mögliche Schlüsseltechnologie zur Erzeugung günstiger und umweltfreundlicher elektrischer Energie und somit als Meilenstein für die Energiewende. Um die weltweit stetig wachsende Nachfrage an elektrischer Energie zu decken, bedarf es Solarzellentechnologien, welche gleichzeitig eine hohe Effizienz nahe dem Shockley-Queisser-Limit als auch eine hinreichend gute Stabilität aufweisen. Während die Effizienz von Solarzellen auf Basis von Perowskithalbleitern in dem letzten Jahrzehnt eine bemerkenswerte Entwicklung erfahren hat, lassen sich die wesentlichen physikalischen Mechanismen dieser Technologie noch nicht vollständig erklären. Die elektronisch-ionische Mischleitfähigkeit ist eine dieser Eigenschaften, welche die Effizienz und besonders die Stabilität der Perowskit-Solarzelle beeinflusst. Zentrales Thema dieser Arbeit ist daher die Untersuchung von mobilen ionischen Defekten und deren Einfluss auf Solarzellenparametern. Es wird gezeigt, dass die Migrationsraten ionischer Defekte in Perowskit breiten Verteilungen unterliegen. Durch die Anwendung eines neu entwickelten Regularisationsalgorithmus für inverse Laplace-Transformationen und verschiedener Messmoden für transiente Störstellenspektroskopie kann somit geklärt werden, warum sich berichtete ionische Defektparameter aus der Literatur für gleiche Defekte stark unterscheiden können. Dieses grundlegende Verständnis kann angewendet werden, um den Einfluss von kleinen stöchiometrischen Variationen auf die Defektlandschaft zu untersuchen und das Zusammenspiel zwischen elektronischen und ionischen Eigenschaften besser zu verstehen. Der Einsatz der Meyer-Neldel Regel ermöglicht ferner eine Kategorisierung ionischer Defekte in Perowskithalbleitern. Im letzten Teil dieser Arbeit wird gezeigt, dass elektrische und optische Methoden wie intensitätsmodulierte Spektroskopie geeignet sind, um Informationen über mobile Ionen in hybriden Perowskiten zu erhalten. Zusätzlich wird das elektronische Rekombinationsverhalten näher untersucht. / Solar cells made of organic–inorganic hybrid perovskite semiconductors are considered as a possible key technology for the conversion of cheap and environmentally friendly electrical energy and thus as a milestone for the turnaround in energy policy. In order to meet the steadily growing global demand for electrical energy, solar cell tech- nologies are required that are both highly efficient, i.e. close to the Shockley–Queisser limit, and sufficiently stable. While the efficiency of solar cells based on perovskite semi- conductors has undergone a remarkable development in the last decade, the essential physical mechanisms of this technology cannot yet be fully explained. The electronic- ionic mixed conductivity is one of these properties, which influences the efficiency and especially the stability of the perovskite solar cell. The central topic of this thesis is therefore the investigation of mobile ionic defects and their influence on solar cell parameters. It is shown that the migration rates of ionic defects in perovskites are attributed to wide distributions. By application of a newly developed regularisation algorithm for inverse Laplace transform and different measurement modes for deep-level transient spectroscopy, it can thus be clarified why reported ionic defect parameters from the literature for the same defects can differ significantly. This basic understanding can be used to study the influence of small stoichiometric variations on the defect landscape and to better understand the interaction between electronic and ionic properties. Us- ing the Meyer–Neldel rule also allows the characterisation of ionic defects in perovskite semiconductors. The last part of this thesis shows that electrical and optical methods such as intensity-modulated spectroscopy are suitable for obtaining information about mobile ions in hybrid perovskites. In addition, the electronic recombination behaviour is examined more closely.