Sol-Gel Döner Kaplama Yöntemiyle Oluşturulmuş Ta2O5 İnce Film Kondansatörün Düşük Sıcaklık Bölgesi Dielektrik Özellikleri ve AC İletkenlik Davranışı


Creative Commons License

YILDIRIM S.

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C:Süleyman Demirel Üniversitesi Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, vol.6, no.4, pp.851-861, 2018 (National Refreed University Journal)

Abstract

The dielectric constant ε¢  and the dielectric loss factor ε² and AC conductivity of 75 nm thickness tantalum pentaoxide (Ta2O5) thin film capacitor, produced by sol-gel spin coating process on Corning glass substrates, have been investigated in the frequency range of 10 Hz – 100 kHz and the temperature range of 193–293 K. It was found that dielectric constant of the Ta2O5 thin film capacitor changes between 7 and 9 with increasing temperature at 1 kHz standart frequency value. The dielectric constant was found to decrease with increasing frequency and to increase with increasing temperature. The maximum barrier height Wm is calculated from the frequency dependence of the dielectric loss ε" at different temperatures. Its value obtained 0.14 eV and 0.093 eV at 10 Hz–2 kHz and 2 kHz–12 kHz frequency range respectively. This type of dielectric properties was associated with a carrier hopping process, interfacial and dipolar polarization processes. The experimental results of the Ta2O5 thin film capacitor indicate that the AC conductivity depend on the frequency and temperature. The AC conductivity behaviour was found to obey the power law ωs with the frequency exponent s decreasing with increasing temperature. It has been determined that the temperature dependence of AC conductivity in the low frequency range is compatible with the Correlated Barrier Hopping (CBH) model.

Kalınlığı 75 nm olan tantal penta oksit (Ta2O5)  ince film kondansatör Sol-Gel döner kaplama işlemi ile Corning cam taşıyıcılar üzerinde elde edildi ve film kondansatörün dielektrik sabiti  ε¢,  dielektrik kayıp faktörü ε² ve AC iletkenlik davranışı 193–293 K sıcaklık aralığında, 10 Hz–100 kHz frekans değerlerine bağlı olarak incelendi. Ta2O5 ince film kondansatörün dielektrik sabitinin, 1 kHz standart frekans değerinde, artan sıcaklığa bağlı olarak 7 ve 9 arasında değiştiği bulundu. Dielektrik sabitinin artan frekansla azalmakta ve artan sıcaklıkla artmakta olduğu belirlendi. Maksimum engel yüksekliği Wm, farklı sıcaklıklarda dielektrik kayıp faktörü ε" nün frekansa bağlılığından hesaplandı ve değeri sırasıyla 10 Hz–2 kHz ve 2 kHz–12 kHz frekans aralığı için 0,14 eV ve 0,093 eV olarak bulundu. Bu tip dielektrik özellikler taşıyıcı zıplama, yüzeylerarası ve dipolar polarizasyon mekanizmaları ile ilişkilendirildi. Ta2O5 ince film kondansatörün deneysel sonuçları, AC iletkenliğinin frekansa ve sıcaklığa bağlı olduğunu gösterdi. AC iletkenlik davranışının ωs kuvvet yasasına uyduğu ve artan sıcaklıkla s üstel ifadesinin azalmakta olduğu bulundu. AC iletkenliğin düşük frekans bölgesinde sıcaklığa bağlılığının engel üzerinden zıplamayla ilişkilendirilmiş (CBH) modeli ile uyumlu olduğu belirlendi.