|
|
Transportní a šumové charakteristiky tranzistorů MOSFET
Chvátal, Miloš ; Hudec, Lubomír (oponent) ; Koktavý, Bohumil (oponent) ; Pavelka, Jan (vedoucí práce)
Dizertační práce je zaměřená na analýzu transportních charakteristik v submikronových a mikronových tranzistorech MOSFET. Na základě předpokladu, že gradient divergence proudové hustoty v kanálu je nulový, je odvozena ampér-voltová charakteristika tranzistoru MOSFET a provedeno experimentální sledování závislosti proudu kanálu na napětí kolektoru pro řadu vzorků s různými rozměry kanálu v širokém teplotním rozsahu od 10 do 350 K. Navržený fyzikální model umožnil určit hodnotu přívodních odporů k emitoru a kolektoru a jejich teplotní závislost. Z analýzy transportních charakteristik se získají informace o koncentraci nosičů náboje v kanálu a poloze Fermiho hladiny v místě aktivní pasti, která je zdrojem RTS šumu. Určení koncentrace nosičů náboje a polohy Fermiho hladiny je důležité z toho důvodu, že tyto veličiny určují intenzity kvantových přechodů a jejich hodnoty nejsou po celé délce kanálu stejné. Z analýzy charakteristik RTS šumu bylo experimentálně dokázáno, že koncentrace v daném místě kanálu klesá s rostoucím proudem při konstantním napětí na hradle a proměnném napětí na kolektoru. Dále byla určena poloha aktivních pastí RTS šumu a bylo zjištěno, že se nachází v blízkosti kolektoru. Aktivní past se nachází v místě, kde splývá Fermiho hladina z energetickou hladinou pastí.
|
|
|
Non-Linear Electro-Ultrasonic Spectroscopy of Resistive Materials
Tofel, Pavel ; Koktavý, Bohumil (oponent) ; Smulko, Janusz (oponent) ; Šikula, Josef (vedoucí práce)
All materials contain cracks and micro-cracks in structure. My aim is to detect these cracks. Electro-Ultrasonic spectroscopy is a non–destructive testing method which describes quality and reliability of a tested sample. Tested sample is excited by the harmonic electrical signal of frequency fE and ultrasonic signal of frequency fU. A new harmonic signal of the frequency fi is created as a result of electrical resistance change due to the variation of the crack effective area by ultrasonic excitation. The intermodulation frequency fi is given by the subtraction of excitation frequencies fE and fU. Amplitude of the intermodulation signal at frequency fi is influenced by the electric current, which flows through the sample structure, and resistance change, which is ultrasonically induced due to the defects and unhomogeneities in a sample structure. High sensitivity of this method comes from the fact that the frequencies of exciting sources and measured signal are on different frequencies. The signal-to-noise ratio and high sensitivity for NDT analyses are based on the application of electrical filters for attenuation of exciting signals in signal preprocessing. Experimental verification of this method was performed on various samples such as magnesium alloy, aluminium and dural plates, both without and with cracks, varisotors, MOS FET transistor, rock samples, monocrystals Si and CdTe. This work presents a new non-destructive testing method of solids with metallic electrical conductivity, monocrystals, resistive materials and electronic devices.
|
|
|
Noise and Transport Analysis of the Niobium Oxide Layers
Sita, Zdeněk ; Hájek, Karel (oponent) ; Koktavý, Bohumil (oponent) ; Grmela, Lubomír (vedoucí práce)
Niobium oxide capacitor is a new type of passive components, which was developed to overcome basic disadvantages of Tantalum capacitors – limited ore source and burning failure mode. Similarly to Tantalum one, the niobium oxide capacitor can be described as a reverse MIS structure. V-A characteristics in normal and reverse mode at 77 and 300K, capacitance dependence of depleted layer on voltage and frequency, temperature and time dependence of leakage current and noise spectral density in frequency and time domains for different voltages were used to study charge carrier transport mechanisms in Nb2O5 dielectric and to define physical parameters, controlling the leakage current. Experimental data verified validity of proposed MIS structure band diagram and provided its key parameters. It was proven that the charge carrier transport in NbO capacitors is given by ohmic, Poole-Frenkel and tunnelling component in normal mode, and Schottky emission in reverse mode. Poole-Frenkel mechanism in normal mode and Schottky emission in reverse mode are dominant in the standard application voltage range. At high voltages, the tunnelling mechanism in normal mode determines breakdown voltage of the capacitor. In reverse mode, the barrier height between dielectric and anode determines resistance against thermal breakdown of the capacitor. It was found that NbO and Ta capacitors have identical conductivity mechanisms. Specifics of NbO anode material are reflected only in different values of the band diagram parameters, not in the principles of charge carrier transport mechanisms. This explains basic difference between both capacitors, which is in the quality of the dielectric layer at the anode - dielectric interface. Lower potential barriers and higher number of defects in the dielectric, caused by additional stable oxide, result in higher leakage current of NbO capacitor. This effect has however no effect on reliability of the component. Theoretical models and determined testing methods were used to select proper anode materials, to evaluate suitable dopants for NbO raw material improvement and to optimize the anodic oxidation technology. Charge carrier transport parameters were correlated with the reliability and on the basis of experimental data optimization of the capacitors manufacturing process was proposed. Better understanding of transport mechanisms in the NbO capacitors gave complete overview of the new Niobium oxide based component with highlighting strong and weak points of this new technology, and provided tools for better understanding of driving forces which improve efficiency and reliability of NbO capacitors.
|
|
|
Charge Carrier Transport in Ta2O5 Oxide Nanolayers with Application to the Tantalum Capacitors
Kopecký, Martin ; Koktavý, Bohumil (oponent) ; Hudec, Lubomír (oponent) ; Sedláková, Vlasta (vedoucí práce)
The study of charge carrier transport in Ta2O5 oxide nanolayers is oriented on the explanation of the defects influence on the conductivity of these layers. We are concerned on the study of tantalum pentoxide nanolayers provided by the anodic oxidation. The technology process of oxide preparation contains many parameters which influence the defects concentration (probably oxygen vacancies) in the structure. Tantalum pentoxide of the thickness 20 to 200 nm is used as a dielectric layer in the tantalum capacitors. These capacitors can be considered as a metal-insulator-semiconductor (MIS) structure. Anode is formed from the tantalum powder with metallic conductivity and cathode is from manganese dioxide (MnO2) or conducting polymer (CP), respectively, both with semiconductor conductivity. The dominant mechanisms of the charge carriers’ transport in the Ta2O5insulating layer are ohmic, Poole-Frenkel, Schottky and tunneling, and these could be determined from the analysis of the leakage current I-V characteristic. Particular transport mechanisms are dependent on temperature and electric field in the insulation layer. The leakage current is important indicator of the insulation layer quality. Its value depends on the production technology, namely on the anodic oxidation and the cathode material. I-V characteristic is measured both in normal and reverse mode, it means the positive bias on anode for the normal mode and negative bias applied on anode for the reverse mode. I-V characteristic is asymmetric at the room temperature. This asymmetry decreases with decreasing temperature, and for the temperature below 50 K some of capacitors could be used as bipolar devices. From the analysis of I-V characteristic many parameters as insulator layer thickness or defect concentration in the Ta2O5 layer could be determined. We can also asses the MIS model parameters and determine the value of potential barriers on the M – I and I – S interfaces. C-V characteristics measurements and their temperature dependencies could be used for the estimation of capacitor electrodes affective area and the defects’ concentration in the Ta2O5 layer. The analysis of the capacitor cross-sections was performed by scanning electron microscope and the measurements of Ta2O5 layer thickness were performed for the each series of the capacitors.
|
|
|
Transport elektrického náboje v tantalovém kondenzátoru
Pelčák, Jaromír ; Koktavý, Bohumil (oponent) ; Hájek, Karel (oponent) ; Grmela, Lubomír (vedoucí práce)
Cílem této práce bylo studium vlastností tantalových kondenzátorů s pevným elektrolytem. Kondenzátor typu Ta – Ta2O5 – MnO2 svým složením představuje MIS strukturu, kde tantalová anoda má kovovou vodivost a burel – MnO2 je polovodič. Izolační vrstva je tvořena pentoxidem tantalu Ta2O5 s relativní permitivitou r = 27. Tloušťka izolační vrstvy je v rozmezí 30 až 150nm. Náboj kondenzátoru není akumulován jen na elektrodách, ale také na lokalizovaných stavech (kyslíkových vakancích) v izolační vrstvě. Kondenzátor zapojený v normálním režimu představuje strukturu typu MIS zapojenou v závěrném směru, kdy přiložené napětí zvyšuje potenciálovou bariéru mezi polovodičem – burelem a izolantem – Ta2O5. V normálním modu – při přiložení kladného napětí na Ta, je transport nosičů náboje izolační vrstvou určený Poole-Frenkelovým mechanismem a tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole je dominantní Poole-Frenkelův mechanismus transportu náboje, při vyšší intenzitě elektrického pole je proud určen tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole se projeví i ohmická složka proudu určená odporem příměsového pásu vytvořeného v izolantu donorovými stavy kyslíkových vakancí. Na základě modelování naměřených VA charakteristik lze odhadnout efektivní tloušťku dielektrika Ta2O5 a určit podíl Poole-Frenkelova a tunelového proudu na transportu náboje. V mé práci je popsáno rozložení náboje na tantalovém kondenzátoru v oblasti nízkých frekvencí a provedena analýza charakteristik kondenzátoru ve frekvenční oblasti. Prvotním podmětem pro tuto práci je snaha vytvoření náhradního modelu tantalového kondenzátoru z hlediska jeho fyzikálního a elektrického chování. Na základě náhradního elektrického modelu lze pak dále zkoumat a stanovit rozložení a transport elektrického náboje v kondenzátoru. Změřením elektrických parametrů lze taktéž dospět k určení potenciálových bariér a rozložení potenciálu ve struktuře kondenzátoru. Tato metodika spočívá v analýze elektrických charakteristik kondenzátoru, pomocí nichž se vytvoří fyzikální model kondenzátoru popisující jeho funkci, vlastnosti a chování.
|
|
|
Měření akustických vlastností stavebních materiálů pomocí pseudonáhodné sekvence
Carbol, Ladislav ; Semerák,, Petr (oponent) ; Koktavý, Bohumil (oponent) ; Vydra,, Vítězslav (oponent) ; Martinek, Jan (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá výzkumem pulzní komprese akustického signálu z hlediska možnosti použití ve stavebnictví. Na základě studia a rozboru těchto metod bylo navrženo a realizováno automatizované měřicí zařízení pro nedestruktivní testování pseudonáhodnou sekvencí maximální délky a následnou automatizovanou signálovou analýzu. V jediném testovacím cyklu jsou získány tři parametry, které charakterizují lineární i nelineární chování vzorku. Nelineární parametr, čas průchodu ultrazvukových vln vzorkem, který je dále v práci porovnáván s konvenčním pulzním měřením ultrazvukových vln, a spektrální analýza, která je porovnávána s metodou impact-echo. Funkčnost a optimalizace metody byla provedena na celkem třech sadách zkušebních vzorků zhotovených z různých stavebních materiálů. Provedené experimenty prokázaly jednoduchou interpretaci použité metody a vysokou citlivost na poruchy ve struktuře vzorků spojené s teplotním namáháním. Výsledky byly korelovány konvenčními nedestruktivními metodami a destruktivními metodami byla měřena změna pevnosti v tlaku a v tahu za ohybu. Součástí práce je i kontinuální měření vlivu vlhkosti maltového vzorku na jeho základní frekvenci. Využití pulzní komprese signálu je ve stavebnictví zcela neobvyklé. Teprve v posledních letech se zvyšuje četnost této problematiky v odborných časopisech. Velký potenciál se skrývá ve zmíněném spojení tří testovacích metod do jediné, ve vysoké testovací rychlosti a opakovatelnosti měření, ale také v teoretické možnosti testovat masivní prvky.
|
|
|
Měření akustických vlastností stavebních materiálů pomocí pseudonáhodné sekvence
Carbol, Ladislav ; Semerák,, Petr (oponent) ; Koktavý, Bohumil (oponent) ; Vydra,, Vítězslav (oponent) ; Martinek, Jan (vedoucí práce)
Disertační práce se zabývá výzkumem pulzní komprese akustického signálu z hlediska možnosti použití ve stavebnictví. Na základě studia a rozboru těchto metod bylo navrženo a realizováno automatizované měřicí zařízení pro nedestruktivní testování pseudonáhodnou sekvencí maximální délky a následnou automatizovanou signálovou analýzu. V jediném testovacím cyklu jsou získány tři parametry, které charakterizují lineární i nelineární chování vzorku. Nelineární parametr, čas průchodu ultrazvukových vln vzorkem, který je dále v práci porovnáván s konvenčním pulzním měřením ultrazvukových vln, a spektrální analýza, která je porovnávána s metodou impact-echo. Funkčnost a optimalizace metody byla provedena na celkem třech sadách zkušebních vzorků zhotovených z různých stavebních materiálů. Provedené experimenty prokázaly jednoduchou interpretaci použité metody a vysokou citlivost na poruchy ve struktuře vzorků spojené s teplotním namáháním. Výsledky byly korelovány konvenčními nedestruktivními metodami a destruktivními metodami byla měřena změna pevnosti v tlaku a v tahu za ohybu. Součástí práce je i kontinuální měření vlivu vlhkosti maltového vzorku na jeho základní frekvenci. Využití pulzní komprese signálu je ve stavebnictví zcela neobvyklé. Teprve v posledních letech se zvyšuje četnost této problematiky v odborných časopisech. Velký potenciál se skrývá ve zmíněném spojení tří testovacích metod do jediné, ve vysoké testovací rychlosti a opakovatelnosti měření, ale také v teoretické možnosti testovat masivní prvky.
|
|
|
Noise and Transport Analysis of the Niobium Oxide Layers
Sita, Zdeněk ; Hájek, Karel (oponent) ; Koktavý, Bohumil (oponent) ; Grmela, Lubomír (vedoucí práce)
Niobium oxide capacitor is a new type of passive components, which was developed to overcome basic disadvantages of Tantalum capacitors – limited ore source and burning failure mode. Similarly to Tantalum one, the niobium oxide capacitor can be described as a reverse MIS structure. V-A characteristics in normal and reverse mode at 77 and 300K, capacitance dependence of depleted layer on voltage and frequency, temperature and time dependence of leakage current and noise spectral density in frequency and time domains for different voltages were used to study charge carrier transport mechanisms in Nb2O5 dielectric and to define physical parameters, controlling the leakage current. Experimental data verified validity of proposed MIS structure band diagram and provided its key parameters. It was proven that the charge carrier transport in NbO capacitors is given by ohmic, Poole-Frenkel and tunnelling component in normal mode, and Schottky emission in reverse mode. Poole-Frenkel mechanism in normal mode and Schottky emission in reverse mode are dominant in the standard application voltage range. At high voltages, the tunnelling mechanism in normal mode determines breakdown voltage of the capacitor. In reverse mode, the barrier height between dielectric and anode determines resistance against thermal breakdown of the capacitor. It was found that NbO and Ta capacitors have identical conductivity mechanisms. Specifics of NbO anode material are reflected only in different values of the band diagram parameters, not in the principles of charge carrier transport mechanisms. This explains basic difference between both capacitors, which is in the quality of the dielectric layer at the anode - dielectric interface. Lower potential barriers and higher number of defects in the dielectric, caused by additional stable oxide, result in higher leakage current of NbO capacitor. This effect has however no effect on reliability of the component. Theoretical models and determined testing methods were used to select proper anode materials, to evaluate suitable dopants for NbO raw material improvement and to optimize the anodic oxidation technology. Charge carrier transport parameters were correlated with the reliability and on the basis of experimental data optimization of the capacitors manufacturing process was proposed. Better understanding of transport mechanisms in the NbO capacitors gave complete overview of the new Niobium oxide based component with highlighting strong and weak points of this new technology, and provided tools for better understanding of driving forces which improve efficiency and reliability of NbO capacitors.
|
|
|
Charge Carrier Transport in Ta2O5 Oxide Nanolayers with Application to the Tantalum Capacitors
Kopecký, Martin ; Koktavý, Bohumil (oponent) ; Hudec, Lubomír (oponent) ; Sedláková, Vlasta (vedoucí práce)
The study of charge carrier transport in Ta2O5 oxide nanolayers is oriented on the explanation of the defects influence on the conductivity of these layers. We are concerned on the study of tantalum pentoxide nanolayers provided by the anodic oxidation. The technology process of oxide preparation contains many parameters which influence the defects concentration (probably oxygen vacancies) in the structure. Tantalum pentoxide of the thickness 20 to 200 nm is used as a dielectric layer in the tantalum capacitors. These capacitors can be considered as a metal-insulator-semiconductor (MIS) structure. Anode is formed from the tantalum powder with metallic conductivity and cathode is from manganese dioxide (MnO2) or conducting polymer (CP), respectively, both with semiconductor conductivity. The dominant mechanisms of the charge carriers’ transport in the Ta2O5insulating layer are ohmic, Poole-Frenkel, Schottky and tunneling, and these could be determined from the analysis of the leakage current I-V characteristic. Particular transport mechanisms are dependent on temperature and electric field in the insulation layer. The leakage current is important indicator of the insulation layer quality. Its value depends on the production technology, namely on the anodic oxidation and the cathode material. I-V characteristic is measured both in normal and reverse mode, it means the positive bias on anode for the normal mode and negative bias applied on anode for the reverse mode. I-V characteristic is asymmetric at the room temperature. This asymmetry decreases with decreasing temperature, and for the temperature below 50 K some of capacitors could be used as bipolar devices. From the analysis of I-V characteristic many parameters as insulator layer thickness or defect concentration in the Ta2O5 layer could be determined. We can also asses the MIS model parameters and determine the value of potential barriers on the M – I and I – S interfaces. C-V characteristics measurements and their temperature dependencies could be used for the estimation of capacitor electrodes affective area and the defects’ concentration in the Ta2O5 layer. The analysis of the capacitor cross-sections was performed by scanning electron microscope and the measurements of Ta2O5 layer thickness were performed for the each series of the capacitors.
|
|
|
Transportní a šumové charakteristiky tranzistorů MOSFET
Chvátal, Miloš ; Hudec, Lubomír (oponent) ; Koktavý, Bohumil (oponent) ; Pavelka, Jan (vedoucí práce)
Dizertační práce je zaměřená na analýzu transportních charakteristik v submikronových a mikronových tranzistorech MOSFET. Na základě předpokladu, že gradient divergence proudové hustoty v kanálu je nulový, je odvozena ampér-voltová charakteristika tranzistoru MOSFET a provedeno experimentální sledování závislosti proudu kanálu na napětí kolektoru pro řadu vzorků s různými rozměry kanálu v širokém teplotním rozsahu od 10 do 350 K. Navržený fyzikální model umožnil určit hodnotu přívodních odporů k emitoru a kolektoru a jejich teplotní závislost. Z analýzy transportních charakteristik se získají informace o koncentraci nosičů náboje v kanálu a poloze Fermiho hladiny v místě aktivní pasti, která je zdrojem RTS šumu. Určení koncentrace nosičů náboje a polohy Fermiho hladiny je důležité z toho důvodu, že tyto veličiny určují intenzity kvantových přechodů a jejich hodnoty nejsou po celé délce kanálu stejné. Z analýzy charakteristik RTS šumu bylo experimentálně dokázáno, že koncentrace v daném místě kanálu klesá s rostoucím proudem při konstantním napětí na hradle a proměnném napětí na kolektoru. Dále byla určena poloha aktivních pastí RTS šumu a bylo zjištěno, že se nachází v blízkosti kolektoru. Aktivní past se nachází v místě, kde splývá Fermiho hladina z energetickou hladinou pastí.
|
host ::
RSS.