|
|
Study of the Ta2O5 insulating layer degradation
Velísek, Martin ; Majzner, Jiří (referee) ; Sedláková, Vlasta (advisor)
The aim of the thesis is to examine the dielectric function Ta2O5 insulating layers in tantalum capacitors. The capacitor plugged in the regular mode represents a MIS structure of reverse direction. Three different factors can be determined for the residual current of the component according to its charge transmission mode: the ohmic, Pool–Frenkel, tunnel and Schottky. An apparatus was constructed by the author of the thesis to measure the temporary connection between residual current and rise of temperature of the tantalum capacitors. Annealing of three different sets of tantalum capacitors made by different producers was performed at the temperature of 400 K and nominal voltage of 35 V during the period of 20 days.The experiment has proved the residual current in the electric field changes with rising temperature in time as a result of the ion movement. The singular factors of the residual current are influenced during the process. By the “ion movement” is meant the ion drift influenced by the attached electric field and diffusion caused by the concentration gradient. First, the samples were being annealed for c. 2 x 106 s, and then the residual current was being regenerated under the voltage of 5 V for 106 s. The residual current values increased considerably after annealing, and decreased again to more or less the original level after the regeneration, some of the samples reaching even values bellow the original level. The VA characteristics of the samples measured before and after the process of controlled obsolescence, and after the regeneration prove not only a change in parameters of the different current factors, but also a change of the current transmission mechanism employed in the process.
|
|
|
Charge Carrier Transport in Ta2O5 Oxide Nanolayers with Application to the Tantalum Capacitors
Kopecký, Martin ; Koktavý, Bohumil (referee) ; Hudec, Lubomír (referee) ; Sedláková, Vlasta (advisor)
Studium transportu náboje v Ta2O5 oxidových nanovrstvách se zaměřuje především na objasnění vlivu defektů na vodivost těchto vrstev. Soustředíme se na studium oxidových nanovrstev Ta2O5 vytvořených pomocí anodické oxidace. Proces výroby Ta2O5 zahrnuje řadu parametrů, jež ovlivňují koncentraci defektů (oxidových vakancí) v této struktuře. Vrstva oxidu Ta2O5 o tloušťce 20 až 200 nm se často používá jako dielektrikum pro tantalové kondenzátory, které se staly nedílnou součástí elektrotechnického průmyslu. Kondenzátory s Ta2O5 dielektrickou vrstvou lze modelovat jako strukturu MIS (kov – izolant – polovodič). Anodu tvoří tantal s kovovou vodivostí, katodu potom MnO2 či vodivý polymer (CP), které jsou polovodiče. Hodnoty elektronových afinit, respektive výstupních prací, jednotlivých materiálů potom určují výšku potenciálových bariér vytvořených na rozhraních kov-izolant (M – I) a izolant-polovodič (I – S). Dominantní mechanizmy transportu náboje lze určit analýzou I-V charakteristiky zbytkového proudu. Dominantní mechanizmy transportu náboje izolační vrstvou jsou ohmický, Poole-Frenkelův, Shottkyho a tunelování. Uplatnění jednotlivých vodivostních mechanismů je závislé na teplotě a intenzitě elektrického pole v izolantu. Hodnota zbytkového proud je významným indikátorem kvality daného izolantu. Ten závisí na technologii výroby kondenzátoru, významně především na parametrech anodické oxidace a na materiálu katody. I-V charakteristiky zbytkového proudu se měří v normálním a reversním módu, tj. normální mód značí kladné napětí na anodě a reversní mód záporné napětí na anodě. I-V charakteristika je výrazně nesymetrická, a proto tyto kondenzátory musí být vhodně polarizovány. Nesymetrie I-V charakteristiky se snižuje s klesající teplotou, při teplotě pod 50 K a je možno některé kondenzátory používat jako bipolární součástky. Z analýzy I-V charakteristiky lze určit řadu parametrů, jako tloušťku izolační vrstvy a koncentraci defektů v izolační Ta2O5 vrstvě a dále lze odhadnout parametry MIS modelu kondenzátoru - stanovit hodnotu potenciálových bariér na rozhraních M – I a I – S. Měření C-V charakteristik při různých teplotách v rozsahu 10 až 300 K je využíto pro určení výšky potenciálové bariéry na rozhraní I – S, závislosti kapacity na teplotě a dále pro výpočet efektivní plochy elektrod. Z výbrusu vzorků na skenovacím elektronovém mikroskopu byly určeny tloušťky dielektrika Ta2O5 pro jednotlivé vyhodnocované řady kondenzátorů.
|
|
|
Charge Carrier Transport in Ta2O5 Oxide Nanolayers with Application to the Tantalum Capacitors
Kopecký, Martin ; Koktavý, Bohumil (referee) ; Hudec, Lubomír (referee) ; Sedláková, Vlasta (advisor)
Studium transportu náboje v Ta2O5 oxidových nanovrstvách se zaměřuje především na objasnění vlivu defektů na vodivost těchto vrstev. Soustředíme se na studium oxidových nanovrstev Ta2O5 vytvořených pomocí anodické oxidace. Proces výroby Ta2O5 zahrnuje řadu parametrů, jež ovlivňují koncentraci defektů (oxidových vakancí) v této struktuře. Vrstva oxidu Ta2O5 o tloušťce 20 až 200 nm se často používá jako dielektrikum pro tantalové kondenzátory, které se staly nedílnou součástí elektrotechnického průmyslu. Kondenzátory s Ta2O5 dielektrickou vrstvou lze modelovat jako strukturu MIS (kov – izolant – polovodič). Anodu tvoří tantal s kovovou vodivostí, katodu potom MnO2 či vodivý polymer (CP), které jsou polovodiče. Hodnoty elektronových afinit, respektive výstupních prací, jednotlivých materiálů potom určují výšku potenciálových bariér vytvořených na rozhraních kov-izolant (M – I) a izolant-polovodič (I – S). Dominantní mechanizmy transportu náboje lze určit analýzou I-V charakteristiky zbytkového proudu. Dominantní mechanizmy transportu náboje izolační vrstvou jsou ohmický, Poole-Frenkelův, Shottkyho a tunelování. Uplatnění jednotlivých vodivostních mechanismů je závislé na teplotě a intenzitě elektrického pole v izolantu. Hodnota zbytkového proud je významným indikátorem kvality daného izolantu. Ten závisí na technologii výroby kondenzátoru, významně především na parametrech anodické oxidace a na materiálu katody. I-V charakteristiky zbytkového proudu se měří v normálním a reversním módu, tj. normální mód značí kladné napětí na anodě a reversní mód záporné napětí na anodě. I-V charakteristika je výrazně nesymetrická, a proto tyto kondenzátory musí být vhodně polarizovány. Nesymetrie I-V charakteristiky se snižuje s klesající teplotou, při teplotě pod 50 K a je možno některé kondenzátory používat jako bipolární součástky. Z analýzy I-V charakteristiky lze určit řadu parametrů, jako tloušťku izolační vrstvy a koncentraci defektů v izolační Ta2O5 vrstvě a dále lze odhadnout parametry MIS modelu kondenzátoru - stanovit hodnotu potenciálových bariér na rozhraních M – I a I – S. Měření C-V charakteristik při různých teplotách v rozsahu 10 až 300 K je využíto pro určení výšky potenciálové bariéry na rozhraní I – S, závislosti kapacity na teplotě a dále pro výpočet efektivní plochy elektrod. Z výbrusu vzorků na skenovacím elektronovém mikroskopu byly určeny tloušťky dielektrika Ta2O5 pro jednotlivé vyhodnocované řady kondenzátorů.
|
|
|
Study of the Ta2O5 insulating layer degradation
Velísek, Martin ; Majzner, Jiří (referee) ; Sedláková, Vlasta (advisor)
The aim of the thesis is to examine the dielectric function Ta2O5 insulating layers in tantalum capacitors. The capacitor plugged in the regular mode represents a MIS structure of reverse direction. Three different factors can be determined for the residual current of the component according to its charge transmission mode: the ohmic, Pool–Frenkel, tunnel and Schottky. An apparatus was constructed by the author of the thesis to measure the temporary connection between residual current and rise of temperature of the tantalum capacitors. Annealing of three different sets of tantalum capacitors made by different producers was performed at the temperature of 400 K and nominal voltage of 35 V during the period of 20 days.The experiment has proved the residual current in the electric field changes with rising temperature in time as a result of the ion movement. The singular factors of the residual current are influenced during the process. By the “ion movement” is meant the ion drift influenced by the attached electric field and diffusion caused by the concentration gradient. First, the samples were being annealed for c. 2 x 106 s, and then the residual current was being regenerated under the voltage of 5 V for 106 s. The residual current values increased considerably after annealing, and decreased again to more or less the original level after the regeneration, some of the samples reaching even values bellow the original level. The VA characteristics of the samples measured before and after the process of controlled obsolescence, and after the regeneration prove not only a change in parameters of the different current factors, but also a change of the current transmission mechanism employed in the process.
|
guest ::
