結果と考察

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図6.3.1 代表的な各電圧ごとの電流値の時間依存グラフ

図6.3.2 図6.3.1の600秒後のI-Vカーブ

図6.3.3は電圧50 Vを印加した後に0 V時の電流値の時間変化をプロットし

たグラフである(0V-1st)。50 V印加した後すぐに測定を行うと電流値が指数関 数的に減衰していく様子が確認できる。また、0 Vで600秒間測定した後に更 に600秒間測定した結果が0V-2ndである。2回目は電流値が減衰することも無 くほぼ一定の電流値であった。

これらの結果より、PI膜がチャージアップしていると推定している。電流値 が指数関数的に減衰する理由は、PI膜中に電荷がトラップされてトラップして いる部分が埋まると電流値が流れなくなり、チャージップする。その後0V で 電流値が減衰する理由はトラップされた電荷が放出される過程を観測してい ると推定している。

y = 4E-11x

-2.50E-09 -2.00E-09 -1.50E-09 -1.00E-09 -5.00E-10 0.00E+00 5.00E-10 1.00E-09 1.50E-09 2.00E-09 2.50E-09

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

[A]

[V]

SP-030-450-1 600s

81

図6.3.3 図6.3.1の600秒後のI-Vカーブ

図6.3.4はPI単膜の代表的なC-V測定結果である。電圧は-50 V〜50 Vまで

測定し、周波数は1k Hz, 10k Hz, 100k Hz, 1M Hzを測定している。測定結果は、

3 回測定の平均値である。図 6..3.4 を見ると容量は電圧依存もなく、また周波 数依存もほとんどしていない。伝導度は電圧依存をしていないが、周波数依存 をしている。

-3.00E-09 -2.50E-09 -2.00E-09 -1.50E-09 -1.00E-09 -5.00E-10 0.00E+00

0 50 100 150 200 250 300

[A]

[s]

0V-1st 0V-2nd

図6.3.4 PI単膜の代表的なC-V測定結果

図6.3.5 材料A,焼成温度450℃のIV vs 時間グラフ

下記図6.3.5〜図6.3.9までは、各条件のIV測定結果である。材料をA,Bの2 種類測定し、加熱条件は最高焼成温度を450 ℃, 480 ℃, 500 ℃の3種類を測定 した。

-3.00E-09 -2.00E-09 -1.00E-09 0.00E+00 1.00E-09 2.00E-09 3.00E-09

0 100 200 300 400 500 600

[A]

[s]

-50V -45V -40V -35V -30V -25V -20V -15V -10V -5V 0V 5V 10V 15V 20V 25V 30V 35V 40V 45V 50V

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図6.3.6 材料B,焼成温度450℃のIV vs 時間グラフ

図6.3.7 材料A,焼成温度480℃のIV vs 時間グラフ -2.50E-09

-1.50E-09 -5.00E-10 5.00E-10 1.50E-09 2.50E-09

0 50 100 150 200 250 300

[A]

[s]

-50V -40V -30V -20V -10V 0V 10V 20V 30V 40V 50V

-3.00E-09 -2.00E-09 -1.00E-09 0.00E+00 1.00E-09 2.00E-09 3.00E-09

0 50 100 150 200 250 300

[A]

[s]

-50V -40V -30V -20V -10V 0V 10V 20V 30V 40V 50V

図6.3.8 材料B,焼成温度480℃のIV vs 時間グラフ

図6.3.8 材料A,焼成温度500℃のIV vs 時間グラフ -3.00E-09

-2.00E-09 -1.00E-09 0.00E+00 1.00E-09 2.00E-09 3.00E-09

0 50 100 150 200 250 300

[A]

[s]

-50V -40V -30V -20V -10V 0V 10V 20V 30V 40V 50V

-3.00E-09 -2.00E-09 -1.00E-09 0.00E+00 1.00E-09 2.00E-09 3.00E-09

0 50 100 150 200 250 300

[A]

[s]

-50V -40V -30V -20V -10V 0V 10V 20V 30V 40V 50V

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図6.3.9 材料B,焼成温度500℃のIV vs 時間グラフ

図6.3.10 材料A,焼成温度450℃の各周波数のC-Vグラフ -2.50E-09

-1.50E-09 -5.00E-10 5.00E-10 1.50E-09 2.50E-09

0 50 100 150 200 250 300

[A]

[V]

-50V -40V -30V -20V -10V 0V 10V 20V 30V 40V 50V

図6.3.11 材料B,焼成温度450℃の各周波数のC-Vグラフ

図6.3.12 材料A,焼成温度480℃の各周波数のC-Vグラフ

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図6.3.13 材料B,焼成温度480℃の各周波数のC-Vグラフ

図6.3.13 材料A,焼成温度500℃の各周波数のC-Vグラフ

図6.3.14 材料B,焼成温度500℃の各周波数のC-Vグラフ

各条件のC-V測定結果をまとめたのが図6.3.15、図6.3.16である。バイアス 電圧は15 V時の値である。

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図6.3.15 各条件の周波数 vs容量グラフ

図6.3.16 各条件の周波数 vs伝導度グラフ 図6.3.16 各条件の周波数 vs伝導度グラフ 0.00E+00

5.00E-07 1.00E-06 1.50E-06 2.00E-06 2.50E-06

1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06

G [mho]

[Hz]

A,450 A,480 A,500 B,450 B,480 B,500

2.2E-11 2.25E-11 2.3E-11 2.35E-11 2.4E-11 2.45E-11 2.5E-11 2.55E-11 2.6E-11

1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06

C [F]

[Hz]

A,450 A,480 A,500 B,450 B,480 B,500

・SiO2膜付きサンプル

SiO2膜を成膜したサンプルの電流値の時間変化を確認した結果を図6.3.17に 示す。この時のバイアス電圧は50 Vである。また、図中には板厚0.5mmの石 英基板を測定した結果も示している。SiO2 膜を成膜したサンプル(グラフ内の SiO2付き)は、その他のサンプルと挙動が異なる。この挙動はPI単膜と類似し ている。また、TEOS-SiO2膜のサンプルは石英基板の挙動とほぼ同様でPI単膜 の挙動は見られない。

このことから、PI 単膜で見られている挙動は SiO2膜を成膜することで見え なくなると考えている。実際のデバイス構造は、PI直上に実装をするのではな く、バリア膜としてSiO2等の無機膜を成膜するため実際のデバイス動作におい てもPI 膜の挙動は確認できないと考えている。しかし、グラフ中のSiO2付き のカーブから分かる通り、SiO2膜の膜質によっては、バリア膜としての役割を 十分に担うことができず、PIの挙動が見える場合もある。同じ SiO2膜であっ ても異なる動きをすることから、SiO2膜の成膜方法が重要であることがわかる。

最後に、SiO2付き(酸素供給処理)と記載しているグラフは、SiO2付きのサン プルに酸素プラズマ処理を行ったサンプルである。SiO2膜の膜質を変えること で挙動が変わっているのが見える。

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図6.3.17 SiO2膜付きサンプルの電流値の時間変化

-6.00E-10 -4.00E-10 -2.00E-10 0.00E+00 2.00E-10 4.00E-10 6.00E-10

0 100 200 300 400 500 600

[A]

[s]

SiO TEOS-SiO2

SiO ( )