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Grenzflächenmodifizierung kathodenzerstäubter (Ba,Sr)TiO3-Dünnschichten

Li, Shunyi (2011):
Grenzflächenmodifizierung kathodenzerstäubter (Ba,Sr)TiO3-Dünnschichten.
Darmstadt, Deutschland, Technische Universität Darmstadt, [Online-Edition: urn:nbn:de:tuda-tuprints-26641],
[Ph.D. Thesis]

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden die Grenzflächeneigenschaften steuerbarer Kondensatoren auf Basis kathodenzerstäubter Bariumstrontiumtitanat (BST)-Dünnschichten, die als Schlüsselkomponenten zum Aufbau neuartiger passiver Hochfrequenzschaltungen und Systeme in moderner Mikrowellentechnik dienen, modifiziert und umfassend untersucht. Der zentrale Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Korrelation von Grenzflächen-, elektrischen und dielektrischen Eigenschaften. Zur Grenzflächenmodifizierung wurden hoch isolierende Aluminiumoxid-Zwischenschichten bzw. transparente leitfähige Zinn-dotierte Indiumoxid (ITO)-Elektroden eingesetzt. Die Untersuchung der Grenzflächenausbildung, d. h. der Bandanpassung und der Barrierenhöhe zwischen BST und Aluminiumoxid bzw. ITO, erfolgte mittels in situ Photoelektronenspektroskopie. Basierend auf einer Parallelplattenstruktur wurden die elektrischen und dielektrischen Eigenschaften der BST-Kondensatoren im Hinblick auf die durch die Grenzflächenmodifizierung veränderte Ladungsträgerinjektion charakterisiert. Ausgeprägte Strom-Spannungs-Charakteristiken wurden beobachtet und auf unterschiedliche Injektionsmechanismen zurückgeführt. Das dadurch gewonnene Verständnis über die Einflüsse der Grenzflächen wurde in dieser Arbeit für die Modifizierung bzw. Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften ausgenutzt, zum Beispiel für die Erhöhung des Gütefaktors oder die Entwicklung neuer Funktionalitäten. Es konnte gezeigt werden, dass die elektronische Struktur der Materialien und deren Grenzflächen eine entscheidende Rolle für die Eigenschaften der Dünnschicht-Bauteile spielen.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2011
Creators: Li, Shunyi
Title: Grenzflächenmodifizierung kathodenzerstäubter (Ba,Sr)TiO3-Dünnschichten
Language: German
Abstract:

In der vorliegenden Arbeit wurden die Grenzflächeneigenschaften steuerbarer Kondensatoren auf Basis kathodenzerstäubter Bariumstrontiumtitanat (BST)-Dünnschichten, die als Schlüsselkomponenten zum Aufbau neuartiger passiver Hochfrequenzschaltungen und Systeme in moderner Mikrowellentechnik dienen, modifiziert und umfassend untersucht. Der zentrale Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Korrelation von Grenzflächen-, elektrischen und dielektrischen Eigenschaften. Zur Grenzflächenmodifizierung wurden hoch isolierende Aluminiumoxid-Zwischenschichten bzw. transparente leitfähige Zinn-dotierte Indiumoxid (ITO)-Elektroden eingesetzt. Die Untersuchung der Grenzflächenausbildung, d. h. der Bandanpassung und der Barrierenhöhe zwischen BST und Aluminiumoxid bzw. ITO, erfolgte mittels in situ Photoelektronenspektroskopie. Basierend auf einer Parallelplattenstruktur wurden die elektrischen und dielektrischen Eigenschaften der BST-Kondensatoren im Hinblick auf die durch die Grenzflächenmodifizierung veränderte Ladungsträgerinjektion charakterisiert. Ausgeprägte Strom-Spannungs-Charakteristiken wurden beobachtet und auf unterschiedliche Injektionsmechanismen zurückgeführt. Das dadurch gewonnene Verständnis über die Einflüsse der Grenzflächen wurde in dieser Arbeit für die Modifizierung bzw. Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften ausgenutzt, zum Beispiel für die Erhöhung des Gütefaktors oder die Entwicklung neuer Funktionalitäten. Es konnte gezeigt werden, dass die elektronische Struktur der Materialien und deren Grenzflächen eine entscheidende Rolle für die Eigenschaften der Dünnschicht-Bauteile spielen.

Place of Publication: Darmstadt, Deutschland
Uncontrolled Keywords: Bariumstrontiumtitanat, Aluminiumoxid, Zinn-dotiertes Indiumoxid, steuerbarer Kondensator, Mikrowellenkomponente, Photoelektronenspektroskopie, Grenzflächeneigenschaften, Bandanpassung, Barrierenhöhe, elektrische Eigenschaften, Leckstrom, dielektrische Eigenschaften, Kapazität, Steuerbarkeit, Gütefaktor
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science
11 Department of Materials and Earth Sciences
Date Deposited: 18 Jul 2011 09:53
Official URL: urn:nbn:de:tuda-tuprints-26641
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Klein, Apl. Prof. Andreas and Alff, Prof. Dr. Lambert
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 22 June 2011
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
barium strontium titanate, aluminium oxide, tin-doped indium oxide, tunable capacitor, microwave component, photoelectron spectroscopy, interface properties, band alignment, barrier height, electrical properties, leakage current, dielectric properties, capacitance, tunability, quality factorEnglish
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
In the present thesis the interface properties of tunable capacitors based on sputtered barium strontium titanate (BST) thin films, which act as key components for the construction of novel passive high-frequency circuits and systems in modern microwave engineering, were modified and comprehensively studied. The main focus of this work is the correlation between interfacial, electrical and dielectric properties. For the interface modification highly insulating aluminium oxide interlayers and transparent conducting tin-doped indium oxide (ITO) Electrodes were used, respectively. The investigation of the interface formation, i. e. the band alignment and barrier height between BST and aluminium oxide as well as BST and ITO was carried out using in situ photoelectron spectroscopy. Based on a parallel-plate structure, the electrical and dielectric properties of BST capacitors were characterized, with respect to the charge carrier injection that was tailored by the interface modification. Distinctive current-voltage characteristics were observed and attributed to different injection mechanisms. The thereby obtained understanding about the influence of the interfaces was exploited for the modification and improvement of the dielectric properties in this thesis, for instance, for increasing the quality factor or developing new functionalities. It has been demonstrated, that the electronic structure of the materials and their interfaces plays a crucial role for the properties of thin film devices.English
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