I-V measurement

소개글

I-V measurement에 대한 보고서 자료입니다.

목차

I Introduction

II. Carrier Transport Phenomena in general materials
1. Carrier drift
2. Carrier diffusion
3. Total current density

III I-V characteristics
1. Metal-Insulator(or Semiconductor) contact
1.1 Energy levels in crystals
1.2 Neutral contact
1.3 Blocking contact(Schottky contact)
1.4 Ohmic contact(Mott Gurney contact)
1.5 Metal-Insulator-Metal(MIM) contact
2. Image-force effect
2.1 Image force effect in case of a single interface
2.2 Image force effect in case of a MIM structure
3. Conduction mechanism
3.1 Electrode-limited currents
(1) Thermionic (or Schottky) current
(2) Tunnel current
3.2 Bulk-limited currents
(1) Charge density in the insulator
(2) General bulk current in the insulator
(3) Poole-Frenkel conduction
(4) Hopping conduction
(5) Space charge-limited conduction

V. I-V measurement with HP4145B
1. 측정목적
2. I-V 측정 장비의 구성
2.1 Probe station의 사용법
2.2 측정 장비(HP 4145B )
2.3 Interface computer

V. Reference

본문내용

I Introduction
전자재료, 특히 반도체 재료에서 전기적 특성(electrical properties)을 조사하는 것은 상당히 중요하다. 이런 electrical property를 측정하는 방법 중에 I-V 측정이 있는데, 이는 우리가 원하는 재료에 특정 전압을 흘려 주었을 때 이에 반응하여 나타나는 전류를 측정함으로써 그 재료의 비저항이라든가 누설전류(leakage current) 특성, 그리고 파괴 전압 (breakdown voltage) 등을 측정할 수 있다. 이런 측정값을 토대로 우리가 증착한 유전체 박막의 특성을 평가할 수 있게 된다.
이런 I-V 측정을 이해 하기위해 먼저 일반적인 반도체 재료에서의 carrier transport phenomena에 대해서 간략히 알아본 다음 도체-부도체 사이의 contact으로부터 전류가 흐르는 메커니즘의 이해를 통해 voltage를 흘려줄 때 어떤 반응을 통해 전류가 유전체 박막을 통해 흐르게 되는지 알아보겠다. 그리고 마지막으로 실제 측정에서 사용되는 장비에 대해 간략히 소개하도록 하겠다.
II. Carrier Transport Phenomena in general materials
재료에서 전자와 전공(hole)과 같은 charged particle의 net flow에 의해 전류가 흐른다. 이런 흐름(flow)을 ‘transport’라 하는데 두 가지 기본적인 transport mechanism으로는 diffusion과 drift가 있다. 전자는 charged particle의 농도차에 의한 transport이고 후자는 전기장에 의한 charged particle의 흐름을 나타낸다. 이외에 온도차에 의한 flow도 있을 수 있으나 size가 작아질수록 그 효과는 적어진다. 이런 carrier transport phenomena는 다음에 설명될 재료의 I-V 특성을 이해하는데 기본이 된다.
1. Carrier drift
만약 재료에 전기장을 가하면 전자와 hole은 이 전기장에 의해 force를 받게 되고 conduction band(전자의 경우)나 valence band(hole의 경우)에 이동 가능한 energy state가 존재한다면 전자와 hole의 net flow가 생기게 된다 이렇게 전기장에 의한 하전 입자들의 움직임을 drift라고 한다. 또 이런 net drift는 drift current를 발생시킨다.
양의 charge density, ρ를 갖는 hole이 평균 drift velocity, vd를 가지고 움직일 때 생기는 drift current density는 다음과 같이 표현된다.
여기서 q는 전하량을, p는 hole의 농도를, vdp는 hole에 의한 평균 drift 속도를 나타낸다.
전기장이 존재할 때 양의 하전입자는 다음과 같은 힘, F를 받는다.
여기서 a는 가속도를, ε는 전기장을, 는 hole의 effective mass를 각각 나타낸다. 위의 식에서 보듯 일정한 전기장 하에서 hole은 가속도를 가지게 되고 전하의 속도는 계속 빨라 질 것 같으나 재료내의 ionized atoms 혹은 vibrating lattice atoms와 계속 충돌하는 scattering effect에 의해 하전 입자의 속도 특성은 바뀌게 된다. 즉, 전기장에 의해 가속되던 입자는 충돌하게 되고 또 다시 가속하게 되는 이런 가속과 충돌 과정을 계속 거쳐 전체적으로 볼 때 ‘average drift velocity’를 갖게 된다. 만약 이렇게 가해주는 전기장이 그렇게 높지 않다면 다음과 같은 관계를 만족한다.

키워드

I-V measurement,   MIS contact,   Schottky contact,   1.4 Ohmic contact,   Thermionic current,   Poole-Frenkel conduction,   Tunnel current,   HP4145