Journal of Interfaces, Thin Films, and Low dimensional systems

Future MISFET gate dielectric: NiO/PVA Nanohybride composites

Document Type : Original Article

Author

Department of Science, Faculty of Imam Mohammad Bagher,Technical and Vocational University, Mazandaran, Iran

Abstract

This paper has reported on the electrical and nonstructural of polymer-based materials in corporation NiO (Nickel oxide) in concentrations of 0.2%, 0.4% and 0.8% by weight of PVA (polyvinyl alcohol) polymer. Nanocrystallites phases and properties were characterized with using X-ray diffraction (XRD), Fourier transfer infrared radiation (FTIR),Energy distribution X-ray(EDX) techniques and X-Map images, scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy(AFM) techniques.The dielectric constant of the samples has been calculated through measuring the capacity of the samples by application of GPS 132 A. Electrical property characterization was also performed with cyclic-voltameter (C-V) technique in TRIS solution (pH = 7.3, with the formula (HOCH2)3CNH2.

Keywords

Main Subjects

Article Title [Persian]

نانوکامپوزیت هیبریدی NiO/PVA، گیت دی التریک ترانزیستورهای آتی MISFET

Author [Persian]

  • امیر حیاتی

دپارتمان علوم، دانشکده فنی امام محمد باقر(ع)، دانشگاه فنی و حرفه ای مازندران، ایران

Abstract [Persian]

در سال های اخیر ضخامت گیت دی اکسید سیلیکون در تکنولوژی CMOS به کمتر از دو نانومتر رسیده است[1-4]. این تمایل بی سابقه به کوچک کردن ترانزیستور ها، علاوه بر مزایای فراوان تکنولوژیکی، مشکلاتی همچون افزایش تونل زنی کوانتومی، افزایش جریان نشتی و نفوذ اتم بور از گیت دی الکتریک فرانازک را به همراه داشته است. اخیرا مواد نانوکامپوزیت هیبریدی آلی _ غیر آلی، شامل اکسید های فلزی، به خاطر ویژگی های خوب الکتریکی همچون جریان نشتی پایین و ثابت دی الکتریک بالا به عنوان جایگزین مناسب برای گیت دی الکتریک ترانزیستورهای اثر میدانی آلی پیشنهاد شده اند][5-12]. در این مقاله خواص نانوساختاری و الکتریکی نانوکامپوزیت هیبریدی پلی وینیل الکل و اکسید نیکل را با مقادیر مختلف از ماده ی آلی، در دمای80 درجه سانتی گراد، به روش سل – ژل، سنتز نمودیم. در این آزمایش ها، نسبت درصد وزنی ماده ی آلی به اکسید نیکل 1:500 و1:250 و1:125 بوده است.
ویژگی های نانوساختاری نمونه ها را با تکنیک های پراش اشعه ی ایکس (XRD)، میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) و تصاویر X-Mapبررسی نمودیم. برای توصیف خواص الکتریکی، قرص هایی از نانوپودرهیبریدی NiO/PVA تهیه و به محاسبه ی ظرفیت خازن با استفاده از دستگاه GPS 132 A پرداخته و ثا بت دی الکتریک آن ها را محاسبه کردیم. با استفاده از تحلیل داده های تجربی و را بطه پل- فرانکل که میزان جریان نشتی را بر حسب ثابت دی الکتریک تعیین می کند، دریافتیم که نمونه NiO/PVA با درصد وزنی 1:250 که در دمای80 درجه سانتی گراد سنتز شده است دارای ثابت دی الکتریک بالاتر، چینش سطحی ذرات بهتر و همچنین زبری سطح کمتر و در نتیجه دارای جریان نشتی کمتر می باشد. از این رو می تواند به عنوان یک ماده ی دی الکتریک مناسب برای ادوات آتی ترانزیستور اثر میدانی آلی (OFET) معرفی گردد.

Keywords [Persian]

  • نانوکامپوزیت های هیبریدی NiO/PVA
  • روش سل- ژل
  • ترانزیستورهای OFET
[1] P. R. Giri. “Atom Capture by Nanotube and Scaling Anomaly.” International J. of Theoretical Physics, 47 (2008) 1776.
[2] Y. J. Lee. “Formation of aluminum nitride thin films as gate dielectrics on Si (1 0 0).” J. Crystal Growth, 266 (2004) 568.
[3] H. Wu, Y. Zhao, M. H. White. “Quantum mechanical modeling of MOSFET gate leakage for high-k gate dielectrics.” Solid–State Electron, 50 (2006) 1164.
[4] M. Wu, Y. I. Alivov, H. Morkoc. J. Mater. Mater “High-κ dielectrics and advanced channel concepts for Si MOSFET.” J. Materials Science: Materials in Electronics, 19 (2008) 915.
[5] G. D. Wilk, R.M. Wallance, J. M. Anthony. “High-κ gate dielectrics: Current status and materials properties considerations.” J. Applied Physics, 89 (2001) 5243.
[6] S. Zafar, A. Kumar, E. Gusev, E. Cartier, “Threshold voltage instabilities in high-/spl kappa/gate dielectric stacks.” IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 5 (2008) 45.
[7] M. Zaharescu, V. S. Teodorescu, M. Gartner, M. G. Blanchin, A. Barau, M. Anastasescu. “Correlation between the method of preparation and the properties of the sol–gel HfO2 thin films.” J. Non –Crystalline solids, 354 (2008) 409.
[8] A. Deman, L. Tardy. “PMMA–Ta2O5 bilayer gate dielectric for low operating voltage organic FETs.” Organic Electronics, 6 (2005) 78.
[9] S. G. Pandali, New york, Transworld research network, 2002.
[10] H. J. Liu, Z. X. Xie, H. Watanabe, J. Qu, K. Tanaka. “Growth of nanocrystalline metal dots on the Si (111)-7×7 surface saturated with COH.” Physical Review B, 601 (2007) 5093.
[11] W. J. Qi, R. Nieh, B. H. Lee, L. G. Kang, Y. Jeon, K. Onishi, T. Ngai, S. Banerjee and J. C. Lee. “High-κ gate dielectrics: Current status and materials properties considerations.” Technical Digest-International Electron Device Meeting, 7 (1999) 145.
[12] N. Gang, Y. Wu, T. Lili, G. Hao, Z. Wenhao, G. Jinzhang. “Preparation of polystyrene/SiO2 nanocomposites by surface-initiated nitroxide-mediated radical poly-merization.” Chinese Science Bulletin, 51 (2006) 1644.
[13] M. Alagiri, S. Ponnusamy, C. Muthamizhchelvan. characterization of NiO nanoparticles by sol–gel method.” J. Materials Science: Materials in Electronics, 23 (2012) 728.
[14] A. Hayati and A. Bahari, “Electrical properties of NiO/PVC nano hybrid composites for organic field effect transistors.” Indian J. of Physics, 89 (2015) 45.
[15] A. Hayati and A. Bahari, “Synthesis and study of electrical properties of NiO/ PVC nano hybride composites as a gate dielectric material of OFET.” Applied Physics (Elzahrah), 2 (2014) 23.
[16] A. Hayati and A. Bahari. “Investigation of Electrical and Optical Characteristics of Nanohybride Composite (Polyvinyl Alcohol / Nickel Oxide).” JNS, 4(2014) 9.
[17] F. Garnier, R. Hajlaoui, X. Peng, D. Fichou. “An all organic "soft" thin film transistor with very high carrier mobility.” Advanced Materials, 2 (1990) 592.
[18] R. Ponce Ortiz, A. Facchetti and T. J. Marks. “High-k Organic, Inorganic, and Hybrid Dielectrics for Low-Voltage Organic Field-Effect Transistors.” Chemical Reviews, 110 (2010) 205.
[19] X. Peng, G. Horowitz, D. Fichou, F. Garnier. All organic thin-film transistors made of alpha-sexithienyl semiconducting and various polymeric insulating layers.” Applied Physics Letters, 1990 (2013) 57.
Journal of Interfaces, Thin Films, and Low dimensional systems
Volume 1, Issue 2 - Serial Number 2
March 2018
Pages 65-72