Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung, Herstellung und Untersuchung von ZnO-basierten Feldeffekttransistoren (FET). Dabei werden im ersten Teil Eigenschaften von ein- und mehrschichtigen Isolatoren mit hohen Dielektrizitätskonstanten betrachtet, die mittels gepulster Laserabscheidung (PLD) dargestellt wurden. Die elektrischen und kapazitiven Eigenschaften dieser Isolatoren innerhalb von Metall-Isolator-Metall (MIM) bzw. Metall-Isolator-Halbleiter (MIS) Übergängen wurden untersucht. Letzterer wurde schließlich als Gate-Struktur in Metall-Isolator-Halbleiter-FET (MISFET) mit unten (backgate) bzw. oben liegendem Gate (topgate) genutzt. Der zweite Teil konzentriert sich auf Metal-Halbleiter-FET (MESFET), die einen Schottky-Kontakt alsGate nutzen. Dieser wurde mittels reaktiver Kathodenzerstäubung (Sputtern) von Ag, Pt, Pd oder Au unter Einflußvon Sauerstoff hergestellt. ZnO-MESFET stellen eine vielversprechende Alternative zu den bisher in der Oxid-basierten Elektronik verwendeten MISFET dar. Durch die Variation des verwendeten Gate-Metalls, Dotierung, Dicke und Struktur des Kanals und Kontakstruktur, wurde ein Herstellungsstandard gefunden, der zu weiteren Untersuchungen herangezogen wurde. So wurde die Degradation der MESFET unter Belastung durch dauerhaft angelegte Spannung, Einfluss von Licht und erhöhten Temperaturen sowie lange Lagerung getestet. Weiterhin wurden ZnO-MESFET auf industriell genutztem Glasssubstrat hergestellt und untersucht, um die Möglichkeit einer großflächigen Anwendung in Anzeigeelementen aufzuzeigen. Einfache integrierte Schaltungen, wie Inverter und ein NOR-Gatter, wurden realisiert. Dazu wurden Inverter mit sogenannten Pegelschiebern verwendet, welche die Ausgangsspannung des Inverters so verschieben, dass eine logische Aneinanderreihungvon Invertern möglich wird. Schließlich wurden volltransparente MESFET und Inverter, basierend auf neuartigen transparenten gleichrichtenden Kontakten demonstriert.

In this thesis¡M As-grown and H-treated polycrystalline diamond film Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect-Transistor on the p-type surface semiconductive layers of undoped hydrogen-terminated CVD diamond films were successfully fabricated using a new fabrication process[1-2]. This new fabrication process of the polycrystalline diamond film MISFET exploits selected area deposition (SAD)[3] with Shadow Mask and indeed possesses low cost and less process¡Mso it was a best alternation for diamond device fabrication recently. Next, a modified equivalent circuit of the polycrystalline diamond film MISFET on the p-type surface semiconductive layers of undoped hydrogen-terminated CVD diamond films is also proposed, which consists of FET and the parasitic current conduction paths. The FET current path represents the currents flowed through the P-type conductive layer, and the parasitic current conductance paths represents the currents flowed through the barrier of metal/diamond and through both of the grain boundary and bulk diamond, respectively. In addition, the I-V characteristics of As-grown and H-treated polycrystalline diamond film MISFET has been successfully simulated by using this modified equivalent circuit. The simulation results show good agreements with the measurement. In addition, the I-V characteristics of As-grown polycrystalline diamond film MISFET, from measurement and simulation results, were great affected by the grain boundaries and bulk diamond crystallites, and their shape is similar to that of Schottky diode. Whereas, the effect of the bulk diamond crystallites and diamond grain boundaries was great decreased after hydrogen plasma treatment and the shape of the I-V characteristics is similar to that of Si-MISFET. This result is believed to have important impacts for the application of diamond device in the nearest future.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung, Herstellung und Untersuchung von ZnO-basierten Feldeffekttransistoren (FET). Dabei werden im ersten Teil Eigenschaften von ein- und mehrschichtigen Isolatoren mit hohen Dielektrizitätskonstanten betrachtet, die mittels gepulster Laserabscheidung (PLD) dargestellt wurden. Die elektrischen und kapazitiven Eigenschaften dieser Isolatoren innerhalb von Metall-Isolator-Metall (MIM) bzw. Metall-Isolator-Halbleiter (MIS) Übergängen wurden untersucht. Letzterer wurde schließlich als Gate-Struktur in Metall-Isolator-Halbleiter-FET (MISFET) mit unten (backgate) bzw. oben liegendem Gate (topgate) genutzt. Der zweite Teil konzentriert sich auf Metal-Halbleiter-FET (MESFET), die einen Schottky-Kontakt alsGate nutzen. Dieser wurde mittels reaktiver Kathodenzerstäubung (Sputtern) von Ag, Pt, Pd oder Au unter Einflußvon Sauerstoff hergestellt. ZnO-MESFET stellen eine vielversprechende Alternative zu den bisher in der Oxid-basierten Elektronik verwendeten MISFET dar. Durch die Variation des verwendeten Gate-Metalls, Dotierung, Dicke und Struktur des Kanals und Kontakstruktur, wurde ein Herstellungsstandard gefunden, der zu weiteren Untersuchungen herangezogen wurde. So wurde die Degradation der MESFET unter Belastung durch dauerhaft angelegte Spannung, Einfluss von Licht und erhöhten Temperaturen sowie lange Lagerung getestet. Weiterhin wurden ZnO-MESFET auf industriell genutztem Glasssubstrat hergestellt und untersucht, um die Möglichkeit einer großflächigen Anwendung in Anzeigeelementen aufzuzeigen. Einfache integrierte Schaltungen, wie Inverter und ein NOR-Gatter, wurden realisiert. Dazu wurden Inverter mit sogenannten Pegelschiebern verwendet, welche die Ausgangsspannung des Inverters so verschieben, dass eine logische Aneinanderreihungvon Invertern möglich wird. Schließlich wurden volltransparente MESFET und Inverter, basierend auf neuartigen transparenten gleichrichtenden Kontakten demonstriert.

Orientador: Jose Alexandre Diniz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T02:20:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zoccal_LeonardoBreseghello_D.pdf: 6734188 bytes, checksum: 05f6c64d923bafb5e071d89514d0fa43 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho apresenta um método simples de passivação de superfícies semicondutoras III-V de substratos de arseneto de gálio (GaAs) e de heteroestruturas de fosfeto de gálio-índio sobre arseneto de gálio (InGaP/GaAs), que são utilizados em transist res de efeito de campo, MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) e MISFET Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor), e transistores bipolares de heterojunção (HBT), respectivamente. O processo de passivação visa à máxima redução da densidade de estados de superfícies semicondutoras para níveis menores que 1012 cm-2. A alta densidade de estados na superfície do GaAs provoca corrente de fuga nas regiões ativas dos transistores MESFET e HBT, reduzindo o desempenho destes dispositivos. Além disso, impossibilita a formação de dispositivos MISFET sobre os substratos de GaAs, devido à alta densidade de estados na região da interface isolante-semicondutor. Para o estudo da passivação de superfícies, filmes de nitreto de silício (SiNX) são depositados diretam nte por plasma ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance - Chemical Vapor Deposition) sobre substratos de GaAs e heteroestruturas do tipo InGaP/GaAs. Os plasmas ECR foram analisados por espectroscopia de emissão óptica (OES), e identificou-se baixa formação de espécies H e NH na fase gasosa para pressão de processo de 2,5 mTorr. Os filmes de SiNX foram caracterizados estruturalmente por espectroscopia de absorção do infravermelho (FTIR) e por elipsometria, que indicaram, respectivamente, a formação de ligações Si-N e valores de índice de refração es de nitreto de silício. Capacitores MIS e transisto T foram fabricados para avaliar os efeitos da passivação sobre os dispositivos. Os excelentes resultados obtidos, tais como transist o e em torno de 2,0 nos filmres MISFET e HB ores HBT passivados apresentando maiores ganhos de corrente do que os não-passivados, e os transistores MISFET apresentando maiores valores de transcondutância do que os MESFET (que foram usados como dispositivos de controle), indicam que o nosso processo de passivação é muito eficiente, sendo completamente compatível com a tecnologia de fabricação de circuitos integrados monolíticos de microondas (MMIC) / Abstract: This work presents a simple passivation method for III-V semiconductor surfaces of gallium arsenide (GaAs) substrates and indium-gallium phosphide on gallium arsenide (InGaP/GaAs) heterostructures, which are us in field effect transistors MESFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transistor) and MISFET (Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor) and heterojunction bip lar transistors (HBT), respectively. The passivation process aims the maximum reduction of semiconductor surface state density at levels lower than 1012 states/cm2. The high surface state density on GaAs surface produces current leakage in active regions of MESFET and HBT transistors, reducing the device performance. Furthermore, the MISFET device formation on GaAs substrate is not allowed, passivation study, silicon nitride films (SiNX) are deposited by ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance - Chemical Deposition Vapor) plasma directly over GaAs substrate and InGaP/GaAs heterostructures. The ECR plasmas were analyzed by optical emission spectroscopy, (OES), and low formation of H and NH molecules in the gas phase was detected at process pressure of 2.5 mTorr. The SiNX film structural characterization was obtained by infra-red absorption spectrometry (FTIR) and ellipsometry, which, respectively, indicate the Si-N bo tive index values of about 2.0 at the silicon nitride films. MIS cap BT transistors were fabricated to verify the passivation process effect on devices. The excellent results obtained, such as higher and formation and refracacitors, MISFET and H current gain of passivated device compared to unpassivated HBTs and higher transconductances of MISFET devices compared to MESFET (which were used as control devices), indicate that our simple passivation process is very efficient, being fully compatible with monolithic microwave integrated circuits (MMIC) / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第14628号 / 工博第3096号 / 新制||工||1460(附属図書館) / 26980 / UT51-2009-D340 / 京都大学大学院工学研究科電子工学専攻 / (主査)教授 木本 恒暢, 教授 鈴木 実, 教授 藤田 静雄 / 学位規則第4条第1項該当