Metal-yalıtkan geçiş özellikli VO2 ile gate oksitli ve gate oksitsiz alan etkili aygıt

Abstract

Vanadyum dioksit (VO2) yaklaşık olarak 68 °C'de metal-yalıtkan geçiş özelliği göstermektedir. VO2 düşük sıcaklıklarda yalıtkan fazda bulunurken, geçiş sıcaklığına göre yüksek sıcaklıklarda metalik fazda bulunur. Geçiş sıcaklığında, VO2'nin özdirenci ani bir şekilde 10^4 oranında değişim gösterir ve bu özelliğinden dolayı hızlı elektronik cihazlarda kullanılma potansiyeli oldukça yüksektir. VO2 alan etkili transistör uygulamalarında önemli bir rol oynamaktadır. VO2 gösterdiği elektriksel özellikler sebebiyle alan etkili transistörlerde kanal görevi görmektedir. VO2 malzemesinin elektrik alan altında değişen elektriksel özellikleri, VO2'yi alan etkili transistörlerde kanal malzemesi olarak kullanılmasını mümkün kılmaktadır. Bu özellikler göz önünde bulundurulduğunda VO2 kanal görevi görecek şekilde iki farklı tipte FET üretilmiştir. Birinci tip FET üretiminde, VO2'ye temas etmeksizin, arada hava bırakılarak VO2'nin altına ve üstüne, iki adet altın gate tabakası buharlaştırılmıştır. Altın gate tabakalarının VO2'ye hiçbir şekilde fiziksel teması olmadığından, VO2 içerisine malzeme difüz etmesi de söz konusu değildir. Bu ise VO2'nin MIT özelliğini etkilemeden, e-demeti litografi tekniği sayesinde çok detaylı hatlara sahip olan FET üretebilmemizi sağlamıştır. İkinci tip FET üretiminde ise VO2'nin üretilip e-demeti ile şekillendirilmesi aşamasına kadarki yapılacak işlemler birinci tip FET üretimi ile aynıdır. HfO2 ince filmi gate dielektrik olarak kullanılmıştır. VO2 kanalları üzerine, DC saçtırma yöntemi ile HfO2 gate dielektrik büyütülmüştür. HfO2 gate dielektrik tabakası üzerine Au/Al gate tabakası buharlaştırılmıştır. Devamında ise, iki farklı tipte üretilen FET yapılarındaki (tip 1 ve tip 2) VO2 kanal tabakasının, prob istasyonu kullanılarak vakum ortamında sıcaklığa bağlı olarak, voltaj altında MIT karakterizasyonları yapılmıştır.