Search

Studium transportu náboje v Ta2O5 oxidových nanovrstvách se zaměřuje především na objasnění vlivu defektů na vodivost těchto vrstev. Soustředíme se na studium oxidových nanovrstev Ta2O5 vytvořených pomocí anodické oxidace. Proces výroby Ta2O5 zahrnuje řadu parametrů, jež ovlivňují koncentraci defektů (oxidových vakancí) v této struktuře. Vrstva oxidu Ta2O5 o tloušťce 20 až 200 nm se často používá jako dielektrikum pro tantalové kondenzátory, které se staly nedílnou součástí elektrotechnického průmyslu. Kondenzátory s Ta2O5 dielektrickou vrstvou lze modelovat jako strukturu MIS (kov – izolant – polovodič). Anodu tvoří tantal s kovovou vodivostí, katodu potom MnO2 či vodivý polymer (CP), které jsou polovodiče. Hodnoty elektronových afinit, respektive výstupních prací, jednotlivých materiálů potom určují výšku potenciálových bariér vytvořených na rozhraních kov-izolant (M – I) a izolant-polovodič (I – S). Dominantní mechanizmy transportu náboje lze určit analýzou I-V charakteristiky zbytkového proudu. Dominantní mechanizmy transportu náboje izolační vrstvou jsou ohmický, Poole-Frenkelův, Shottkyho a tunelování. Uplatnění jednotlivých vodivostních mechanismů je závislé na teplotě a intenzitě elektrického pole v izolantu. Hodnota zbytkového proud je významným indikátorem kvality daného izolantu. Ten závisí na technologii výroby kondenzátoru, významně především na parametrech anodické oxidace a na materiálu katody. I-V charakteristiky zbytkového proudu se měří v normálním a reversním módu, tj. normální mód značí kladné napětí na anodě a reversní mód záporné napětí na anodě. I-V charakteristika je výrazně nesymetrická, a proto tyto kondenzátory musí být vhodně polarizovány. Nesymetrie I-V charakteristiky se snižuje s klesající teplotou, při teplotě pod 50 K a je možno některé kondenzátory používat jako bipolární součástky. Z analýzy I-V charakteristiky lze určit řadu parametrů, jako tloušťku izolační vrstvy a koncentraci defektů v izolační Ta2O5 vrstvě a dále lze odhadnout, The study of charge carrier transport in Ta2O5 oxide nanolayers is oriented on the explanation of the defects influence on the conductivity of these layers. We are concerned on the study of tantalum pentoxide nanolayers provided by the anodic oxidation. The technology process of oxide preparation contains many parameters which influence the defects concentration (probably oxygen vacancies) in the structure. Tantalum pentoxide of the thickness 20 to 200 nm is used as a dielectric layer in the tantalum capacitors. These capacitors can be considered as a metal-insulator-semiconductor (MIS) structure. Anode is formed from the tantalum powder with metallic conductivity and cathode is from manganese dioxide (MnO2) or conducting polymer (CP), respectively, both with semiconductor conductivity. The dominant mechanisms of the charge carriers’ transport in the Ta2O5insulating layer are ohmic, Poole-Frenkel, Schottky and tunneling, and these could be determined from the analysis of the leakage current I-V characteristic. Particular transport mechanisms are dependent on temperature and electric field in the insulation layer. The leakage current is important indicator of the insulation layer quality. Its value depends on the production technology, namely on the anodic oxidation and the cathode material. I-V characteristic is measured both in normal and reverse mode, it means the positive bias on anode for the normal mode and negative bias applied on anode for the reverse mode. I-V characteristic is asymmetric at the room temperature. This asymmetry decreases with decreasing temperature, and for the temperature below 50 K some of capacitors could be used as bipolar devices. From the analysis of I-V characteristic many parameters as insulator layer thickness or defect concentration in the Ta2O5 layer could be determined. We can also asses the MIS model parameters and determine the value of potential barriers on the M – I and I – S interfaces. C-V characteristics measurements and t

Studium transportu náboje v Ta2O5 oxidových nanovrstvách se zaměřuje především na objasnění vlivu defektů na vodivost těchto vrstev. Soustředíme se na studium oxidových nanovrstev Ta2O5 vytvořených pomocí anodické oxidace. Proces výroby Ta2O5 zahrnuje řadu parametrů, jež ovlivňují koncentraci defektů (oxidových vakancí) v této struktuře. Vrstva oxidu Ta2O5 o tloušťce 20 až 200 nm se často používá jako dielektrikum pro tantalové kondenzátory, které se staly nedílnou součástí elektrotechnického průmyslu. Kondenzátory s Ta2O5 dielektrickou vrstvou lze modelovat jako strukturu MIS (kov – izolant – polovodič). Anodu tvoří tantal s kovovou vodivostí, katodu potom MnO2 či vodivý polymer (CP), které jsou polovodiče. Hodnoty elektronových afinit, respektive výstupních prací, jednotlivých materiálů potom určují výšku potenciálových bariér vytvořených na rozhraních kov-izolant (M – I) a izolant-polovodič (I – S). Dominantní mechanizmy transportu náboje lze určit analýzou I-V charakteristiky zbytkového proudu. Dominantní mechanizmy transportu náboje izolační vrstvou jsou ohmický, Poole-Frenkelův, Shottkyho a tunelování. Uplatnění jednotlivých vodivostních mechanismů je závislé na teplotě a intenzitě elektrického pole v izolantu. Hodnota zbytkového proud je významným indikátorem kvality daného izolantu. Ten závisí na technologii výroby kondenzátoru, významně především na parametrech anodické oxidace a na materiálu katody. I-V charakteristiky zbytkového proudu se měří v normálním a reversním módu, tj. normální mód značí kladné napětí na anodě a reversní mód záporné napětí na anodě. I-V charakteristika je výrazně nesymetrická, a proto tyto kondenzátory musí být vhodně polarizovány. Nesymetrie I-V charakteristiky se snižuje s klesající teplotou, při teplotě pod 50 K a je možno některé kondenzátory používat jako bipolární součástky. Z analýzy I-V charakteristiky lze určit řadu parametrů, jako tloušťku izolační vrstvy a koncentraci defektů v izolační Ta2O5 vrstvě a dále lze odhadnout, The study of charge carrier transport in Ta2O5 oxide nanolayers is oriented on the explanation of the defects influence on the conductivity of these layers. We are concerned on the study of tantalum pentoxide nanolayers provided by the anodic oxidation. The technology process of oxide preparation contains many parameters which influence the defects concentration (probably oxygen vacancies) in the structure. Tantalum pentoxide of the thickness 20 to 200 nm is used as a dielectric layer in the tantalum capacitors. These capacitors can be considered as a metal-insulator-semiconductor (MIS) structure. Anode is formed from the tantalum powder with metallic conductivity and cathode is from manganese dioxide (MnO2) or conducting polymer (CP), respectively, both with semiconductor conductivity. The dominant mechanisms of the charge carriers’ transport in the Ta2O5insulating layer are ohmic, Poole-Frenkel, Schottky and tunneling, and these could be determined from the analysis of the leakage current I-V characteristic. Particular transport mechanisms are dependent on temperature and electric field in the insulation layer. The leakage current is important indicator of the insulation layer quality. Its value depends on the production technology, namely on the anodic oxidation and the cathode material. I-V characteristic is measured both in normal and reverse mode, it means the positive bias on anode for the normal mode and negative bias applied on anode for the reverse mode. I-V characteristic is asymmetric at the room temperature. This asymmetry decreases with decreasing temperature, and for the temperature below 50 K some of capacitors could be used as bipolar devices. From the analysis of I-V characteristic many parameters as insulator layer thickness or defect concentration in the Ta2O5 layer could be determined. We can also asses the MIS model parameters and determine the value of potential barriers on the M – I and I – S interfaces. C-V characteristics measurements and t

Cílem této práce bylo studium vlastností tantalových kondenzátorů s pevným elektrolytem. Kondenzátor typu Ta – Ta2O5 – MnO2 svým složením představuje MIS strukturu, kde tantalová anoda má kovovou vodivost a burel – MnO2 je polovodič. Izolační vrstva je tvořena pentoxidem tantalu Ta2O5 s relativní permitivitou r = 27. Tloušťka izolační vrstvy je v rozmezí 30 až 150nm. Náboj kondenzátoru není akumulován jen na elektrodách, ale také na lokalizovaných stavech (kyslíkových vakancích) v izolační vrstvě. Kondenzátor zapojený v normálním režimu představuje strukturu typu MIS zapojenou v závěrném směru, kdy přiložené napětí zvyšuje potenciálovou bariéru mezi polovodičem – burelem a izolantem – Ta2O5. V normálním modu – při přiložení kladného napětí na Ta, je transport nosičů náboje izolační vrstvou určený Poole-Frenkelovým mechanismem a tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole je dominantní Poole-Frenkelův mechanismus transportu náboje, při vyšší intenzitě elektrického pole je proud určen tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole se projeví i ohmická složka proudu určená odporem příměsového pásu vytvořeného v izolantu donorovými stavy kyslíkových vakancí. Na základě modelování naměřených VA charakteristik lze odhadnout efektivní tloušťku dielektrika Ta2O5 a určit podíl Poole-Frenkelova a tunelového proudu na transportu náboje. V mé práci je popsáno rozložení náboje na tantalovém kondenzátoru v oblasti nízkých frekvencí a provedena analýza charakteristik kondenzátoru ve frekvenční oblasti. Prvotním podmětem pro tuto práci je snaha vytvoření náhradního modelu tantalového kondenzátoru z hlediska jeho fyzikálního a elektrického chování. Na základě náhradního elektrického modelu lze pak dále zkoumat a stanovit rozložení a transport elektrického náboje v kondenzátoru. Změřením elektrických parametrů lze taktéž dospět k určení potenciálových bariér a rozložení potenciálu ve struktuře kondenzátoru. Tato metodika spočívá v analýze elektrických charakteristik konden, The task of the thesis was studding of tantalum capacitors with solid electrolytes properties. Ta – Ta2O5 – MnO2 capacitor by its construction represents MIS structure, where tantalum anode has metal conductivity and MnO2 cathode is semiconductor. Isolation layer consists of tantalum pentoxide Ta2O5 with relative permitivity r = 27. Dielectric thickness is typically in range from 30 to 150nm. The capacitor charge is not only stored and accumulated on electrodes but also in localised states (oxide vacancies) in isolation layer. The capacitor connected in normal mode represents MIS structure polarized in reveres direction when the applied voltage higher potential barrier between semiconductor - MnO2 cathode and isolation of Ta2O5. The transport of charge carriers via isolation layer is determined by Poole-Frenkel mechanisms and tunnelling. Poole-Frenkel mechanism of charge transport is dominant in low intensity of electric field. Tunnelling determines current at higher electric field intensity. During low intensity of electric field ohmic component is also presented which is determined by volume of resistance of impurities in isolation layer due to donor states of oxygen vacancies. Based on the modelling of measured VA characteristics is possible to estimate determine dielectric thickness of Ta2O5 and determine share of Poole-Frenkelov and tunnel current and charge transportation. The thesis is described charge transport and charge concentration on tantalum capacitor in low frequency area and analysis of capacitor behaviour at frequency band. The first impulse for the thesis was an effort to create equivalent circuit diagram of tantalum capacitor in respect of its physical and electrical behaviour. There is an opportunity to study and determine electric charge transport and its accumulation based on the equivalent circuit diagram structure. There is also a chance to define and trace potential barriers and charge distribution in the capacitor structure based on an meas

Cílem této práce bylo studium vlastností tantalových kondenzátorů s pevným elektrolytem. Kondenzátor typu Ta – Ta2O5 – MnO2 svým složením představuje MIS strukturu, kde tantalová anoda má kovovou vodivost a burel – MnO2 je polovodič. Izolační vrstva je tvořena pentoxidem tantalu Ta2O5 s relativní permitivitou r = 27. Tloušťka izolační vrstvy je v rozmezí 30 až 150nm. Náboj kondenzátoru není akumulován jen na elektrodách, ale také na lokalizovaných stavech (kyslíkových vakancích) v izolační vrstvě. Kondenzátor zapojený v normálním režimu představuje strukturu typu MIS zapojenou v závěrném směru, kdy přiložené napětí zvyšuje potenciálovou bariéru mezi polovodičem – burelem a izolantem – Ta2O5. V normálním modu – při přiložení kladného napětí na Ta, je transport nosičů náboje izolační vrstvou určený Poole-Frenkelovým mechanismem a tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole je dominantní Poole-Frenkelův mechanismus transportu náboje, při vyšší intenzitě elektrického pole je proud určen tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole se projeví i ohmická složka proudu určená odporem příměsového pásu vytvořeného v izolantu donorovými stavy kyslíkových vakancí. Na základě modelování naměřených VA charakteristik lze odhadnout efektivní tloušťku dielektrika Ta2O5 a určit podíl Poole-Frenkelova a tunelového proudu na transportu náboje. V mé práci je popsáno rozložení náboje na tantalovém kondenzátoru v oblasti nízkých frekvencí a provedena analýza charakteristik kondenzátoru ve frekvenční oblasti. Prvotním podmětem pro tuto práci je snaha vytvoření náhradního modelu tantalového kondenzátoru z hlediska jeho fyzikálního a elektrického chování. Na základě náhradního elektrického modelu lze pak dále zkoumat a stanovit rozložení a transport elektrického náboje v kondenzátoru. Změřením elektrických parametrů lze taktéž dospět k určení potenciálových bariér a rozložení potenciálu ve struktuře kondenzátoru. Tato metodika spočívá v analýze elektrických charakteristik konden, The task of the thesis was studding of tantalum capacitors with solid electrolytes properties. Ta – Ta2O5 – MnO2 capacitor by its construction represents MIS structure, where tantalum anode has metal conductivity and MnO2 cathode is semiconductor. Isolation layer consists of tantalum pentoxide Ta2O5 with relative permitivity r = 27. Dielectric thickness is typically in range from 30 to 150nm. The capacitor charge is not only stored and accumulated on electrodes but also in localised states (oxide vacancies) in isolation layer. The capacitor connected in normal mode represents MIS structure polarized in reveres direction when the applied voltage higher potential barrier between semiconductor - MnO2 cathode and isolation of Ta2O5. The transport of charge carriers via isolation layer is determined by Poole-Frenkel mechanisms and tunnelling. Poole-Frenkel mechanism of charge transport is dominant in low intensity of electric field. Tunnelling determines current at higher electric field intensity. During low intensity of electric field ohmic component is also presented which is determined by volume of resistance of impurities in isolation layer due to donor states of oxygen vacancies. Based on the modelling of measured VA characteristics is possible to estimate determine dielectric thickness of Ta2O5 and determine share of Poole-Frenkelov and tunnel current and charge transportation. The thesis is described charge transport and charge concentration on tantalum capacitor in low frequency area and analysis of capacitor behaviour at frequency band. The first impulse for the thesis was an effort to create equivalent circuit diagram of tantalum capacitor in respect of its physical and electrical behaviour. There is an opportunity to study and determine electric charge transport and its accumulation based on the equivalent circuit diagram structure. There is also a chance to define and trace potential barriers and charge distribution in the capacitor structure based on an meas

Studium transportu náboje v Ta2O5 oxidových nanovrstvách se zaměřuje především na objasnění vlivu defektů na vodivost těchto vrstev. Soustředíme se na studium oxidových nanovrstev Ta2O5 vytvořených pomocí anodické oxidace. Proces výroby Ta2O5 zahrnuje řadu parametrů, jež ovlivňují koncentraci defektů (oxidových vakancí) v této struktuře. Vrstva oxidu Ta2O5 o tloušťce 20 až 200 nm se často používá jako dielektrikum pro tantalové kondenzátory, které se staly nedílnou součástí elektrotechnického průmyslu. Kondenzátory s Ta2O5 dielektrickou vrstvou lze modelovat jako strukturu MIS (kov – izolant – polovodič). Anodu tvoří tantal s kovovou vodivostí, katodu potom MnO2 či vodivý polymer (CP), které jsou polovodiče. Hodnoty elektronových afinit, respektive výstupních prací, jednotlivých materiálů potom určují výšku potenciálových bariér vytvořených na rozhraních kov-izolant (M – I) a izolant-polovodič (I – S). Dominantní mechanizmy transportu náboje lze určit analýzou I-V charakteristiky zbytkového proudu. Dominantní mechanizmy transportu náboje izolační vrstvou jsou ohmický, Poole-Frenkelův, Shottkyho a tunelování. Uplatnění jednotlivých vodivostních mechanismů je závislé na teplotě a intenzitě elektrického pole v izolantu. Hodnota zbytkového proud je významným indikátorem kvality daného izolantu. Ten závisí na technologii výroby kondenzátoru, významně především na parametrech anodické oxidace a na materiálu katody. I-V charakteristiky zbytkového proudu se měří v normálním a reversním módu, tj. normální mód značí kladné napětí na anodě a reversní mód záporné napětí na anodě. I-V charakteristika je výrazně nesymetrická, a proto tyto kondenzátory musí být vhodně polarizovány. Nesymetrie I-V charakteristiky se snižuje s klesající teplotou, při teplotě pod 50 K a je možno některé kondenzátory používat jako bipolární součástky. Z analýzy I-V charakteristiky lze určit řadu parametrů, jako tloušťku izolační vrstvy a koncentraci defektů v izolační Ta2O5 vrstvě a dále lze odhadnout, The study of charge carrier transport in Ta2O5 oxide nanolayers is oriented on the explanation of the defects influence on the conductivity of these layers. We are concerned on the study of tantalum pentoxide nanolayers provided by the anodic oxidation. The technology process of oxide preparation contains many parameters which influence the defects concentration (probably oxygen vacancies) in the structure. Tantalum pentoxide of the thickness 20 to 200 nm is used as a dielectric layer in the tantalum capacitors. These capacitors can be considered as a metal-insulator-semiconductor (MIS) structure. Anode is formed from the tantalum powder with metallic conductivity and cathode is from manganese dioxide (MnO2) or conducting polymer (CP), respectively, both with semiconductor conductivity. The dominant mechanisms of the charge carriers’ transport in the Ta2O5insulating layer are ohmic, Poole-Frenkel, Schottky and tunneling, and these could be determined from the analysis of the leakage current I-V characteristic. Particular transport mechanisms are dependent on temperature and electric field in the insulation layer. The leakage current is important indicator of the insulation layer quality. Its value depends on the production technology, namely on the anodic oxidation and the cathode material. I-V characteristic is measured both in normal and reverse mode, it means the positive bias on anode for the normal mode and negative bias applied on anode for the reverse mode. I-V characteristic is asymmetric at the room temperature. This asymmetry decreases with decreasing temperature, and for the temperature below 50 K some of capacitors could be used as bipolar devices. From the analysis of I-V characteristic many parameters as insulator layer thickness or defect concentration in the Ta2O5 layer could be determined. We can also asses the MIS model parameters and determine the value of potential barriers on the M – I and I – S interfaces. C-V characteristics measurements and t

Cílem této práce bylo studium vlastností tantalových kondenzátorů s pevným elektrolytem. Kondenzátor typu Ta – Ta2O5 – MnO2 svým složením představuje MIS strukturu, kde tantalová anoda má kovovou vodivost a burel – MnO2 je polovodič. Izolační vrstva je tvořena pentoxidem tantalu Ta2O5 s relativní permitivitou r = 27. Tloušťka izolační vrstvy je v rozmezí 30 až 150nm. Náboj kondenzátoru není akumulován jen na elektrodách, ale také na lokalizovaných stavech (kyslíkových vakancích) v izolační vrstvě. Kondenzátor zapojený v normálním režimu představuje strukturu typu MIS zapojenou v závěrném směru, kdy přiložené napětí zvyšuje potenciálovou bariéru mezi polovodičem – burelem a izolantem – Ta2O5. V normálním modu – při přiložení kladného napětí na Ta, je transport nosičů náboje izolační vrstvou určený Poole-Frenkelovým mechanismem a tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole je dominantní Poole-Frenkelův mechanismus transportu náboje, při vyšší intenzitě elektrického pole je proud určen tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole se projeví i ohmická složka proudu určená odporem příměsového pásu vytvořeného v izolantu donorovými stavy kyslíkových vakancí. Na základě modelování naměřených VA charakteristik lze odhadnout efektivní tloušťku dielektrika Ta2O5 a určit podíl Poole-Frenkelova a tunelového proudu na transportu náboje. V mé práci je popsáno rozložení náboje na tantalovém kondenzátoru v oblasti nízkých frekvencí a provedena analýza charakteristik kondenzátoru ve frekvenční oblasti. Prvotním podmětem pro tuto práci je snaha vytvoření náhradního modelu tantalového kondenzátoru z hlediska jeho fyzikálního a elektrického chování. Na základě náhradního elektrického modelu lze pak dále zkoumat a stanovit rozložení a transport elektrického náboje v kondenzátoru. Změřením elektrických parametrů lze taktéž dospět k určení potenciálových bariér a rozložení potenciálu ve struktuře kondenzátoru. Tato metodika spočívá v analýze elektrických charakteristik konden, The task of the thesis was studding of tantalum capacitors with solid electrolytes properties. Ta – Ta2O5 – MnO2 capacitor by its construction represents MIS structure, where tantalum anode has metal conductivity and MnO2 cathode is semiconductor. Isolation layer consists of tantalum pentoxide Ta2O5 with relative permitivity r = 27. Dielectric thickness is typically in range from 30 to 150nm. The capacitor charge is not only stored and accumulated on electrodes but also in localised states (oxide vacancies) in isolation layer. The capacitor connected in normal mode represents MIS structure polarized in reveres direction when the applied voltage higher potential barrier between semiconductor - MnO2 cathode and isolation of Ta2O5. The transport of charge carriers via isolation layer is determined by Poole-Frenkel mechanisms and tunnelling. Poole-Frenkel mechanism of charge transport is dominant in low intensity of electric field. Tunnelling determines current at higher electric field intensity. During low intensity of electric field ohmic component is also presented which is determined by volume of resistance of impurities in isolation layer due to donor states of oxygen vacancies. Based on the modelling of measured VA characteristics is possible to estimate determine dielectric thickness of Ta2O5 and determine share of Poole-Frenkelov and tunnel current and charge transportation. The thesis is described charge transport and charge concentration on tantalum capacitor in low frequency area and analysis of capacitor behaviour at frequency band. The first impulse for the thesis was an effort to create equivalent circuit diagram of tantalum capacitor in respect of its physical and electrical behaviour. There is an opportunity to study and determine electric charge transport and its accumulation based on the equivalent circuit diagram structure. There is also a chance to define and trace potential barriers and charge distribution in the capacitor structure based on an meas

Studium transportu náboje v Ta2O5 oxidových nanovrstvách se zaměřuje především na objasnění vlivu defektů na vodivost těchto vrstev. Soustředíme se na studium oxidových nanovrstev Ta2O5 vytvořených pomocí anodické oxidace. Proces výroby Ta2O5 zahrnuje řadu parametrů, jež ovlivňují koncentraci defektů (oxidových vakancí) v této struktuře. Vrstva oxidu Ta2O5 o tloušťce 20 až 200 nm se často používá jako dielektrikum pro tantalové kondenzátory, které se staly nedílnou součástí elektrotechnického průmyslu. Kondenzátory s Ta2O5 dielektrickou vrstvou lze modelovat jako strukturu MIS (kov – izolant – polovodič). Anodu tvoří tantal s kovovou vodivostí, katodu potom MnO2 či vodivý polymer (CP), které jsou polovodiče. Hodnoty elektronových afinit, respektive výstupních prací, jednotlivých materiálů potom určují výšku potenciálových bariér vytvořených na rozhraních kov-izolant (M – I) a izolant-polovodič (I – S). Dominantní mechanizmy transportu náboje lze určit analýzou I-V charakteristiky zbytkového proudu. Dominantní mechanizmy transportu náboje izolační vrstvou jsou ohmický, Poole-Frenkelův, Shottkyho a tunelování. Uplatnění jednotlivých vodivostních mechanismů je závislé na teplotě a intenzitě elektrického pole v izolantu. Hodnota zbytkového proud je významným indikátorem kvality daného izolantu. Ten závisí na technologii výroby kondenzátoru, významně především na parametrech anodické oxidace a na materiálu katody. I-V charakteristiky zbytkového proudu se měří v normálním a reversním módu, tj. normální mód značí kladné napětí na anodě a reversní mód záporné napětí na anodě. I-V charakteristika je výrazně nesymetrická, a proto tyto kondenzátory musí být vhodně polarizovány. Nesymetrie I-V charakteristiky se snižuje s klesající teplotou, při teplotě pod 50 K a je možno některé kondenzátory používat jako bipolární součástky. Z analýzy I-V charakteristiky lze určit řadu parametrů, jako tloušťku izolační vrstvy a koncentraci defektů v izolační Ta2O5 vrstvě a dále lze odhadnout, The study of charge carrier transport in Ta2O5 oxide nanolayers is oriented on the explanation of the defects influence on the conductivity of these layers. We are concerned on the study of tantalum pentoxide nanolayers provided by the anodic oxidation. The technology process of oxide preparation contains many parameters which influence the defects concentration (probably oxygen vacancies) in the structure. Tantalum pentoxide of the thickness 20 to 200 nm is used as a dielectric layer in the tantalum capacitors. These capacitors can be considered as a metal-insulator-semiconductor (MIS) structure. Anode is formed from the tantalum powder with metallic conductivity and cathode is from manganese dioxide (MnO2) or conducting polymer (CP), respectively, both with semiconductor conductivity. The dominant mechanisms of the charge carriers’ transport in the Ta2O5insulating layer are ohmic, Poole-Frenkel, Schottky and tunneling, and these could be determined from the analysis of the leakage current I-V characteristic. Particular transport mechanisms are dependent on temperature and electric field in the insulation layer. The leakage current is important indicator of the insulation layer quality. Its value depends on the production technology, namely on the anodic oxidation and the cathode material. I-V characteristic is measured both in normal and reverse mode, it means the positive bias on anode for the normal mode and negative bias applied on anode for the reverse mode. I-V characteristic is asymmetric at the room temperature. This asymmetry decreases with decreasing temperature, and for the temperature below 50 K some of capacitors could be used as bipolar devices. From the analysis of I-V characteristic many parameters as insulator layer thickness or defect concentration in the Ta2O5 layer could be determined. We can also asses the MIS model parameters and determine the value of potential barriers on the M – I and I – S interfaces. C-V characteristics measurements and t

Cílem této práce bylo studium vlastností tantalových kondenzátorů s pevným elektrolytem. Kondenzátor typu Ta – Ta2O5 – MnO2 svým složením představuje MIS strukturu, kde tantalová anoda má kovovou vodivost a burel – MnO2 je polovodič. Izolační vrstva je tvořena pentoxidem tantalu Ta2O5 s relativní permitivitou r = 27. Tloušťka izolační vrstvy je v rozmezí 30 až 150nm. Náboj kondenzátoru není akumulován jen na elektrodách, ale také na lokalizovaných stavech (kyslíkových vakancích) v izolační vrstvě. Kondenzátor zapojený v normálním režimu představuje strukturu typu MIS zapojenou v závěrném směru, kdy přiložené napětí zvyšuje potenciálovou bariéru mezi polovodičem – burelem a izolantem – Ta2O5. V normálním modu – při přiložení kladného napětí na Ta, je transport nosičů náboje izolační vrstvou určený Poole-Frenkelovým mechanismem a tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole je dominantní Poole-Frenkelův mechanismus transportu náboje, při vyšší intenzitě elektrického pole je proud určen tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole se projeví i ohmická složka proudu určená odporem příměsového pásu vytvořeného v izolantu donorovými stavy kyslíkových vakancí. Na základě modelování naměřených VA charakteristik lze odhadnout efektivní tloušťku dielektrika Ta2O5 a určit podíl Poole-Frenkelova a tunelového proudu na transportu náboje. V mé práci je popsáno rozložení náboje na tantalovém kondenzátoru v oblasti nízkých frekvencí a provedena analýza charakteristik kondenzátoru ve frekvenční oblasti. Prvotním podmětem pro tuto práci je snaha vytvoření náhradního modelu tantalového kondenzátoru z hlediska jeho fyzikálního a elektrického chování. Na základě náhradního elektrického modelu lze pak dále zkoumat a stanovit rozložení a transport elektrického náboje v kondenzátoru. Změřením elektrických parametrů lze taktéž dospět k určení potenciálových bariér a rozložení potenciálu ve struktuře kondenzátoru. Tato metodika spočívá v analýze elektrických charakteristik konden, The task of the thesis was studding of tantalum capacitors with solid electrolytes properties. Ta – Ta2O5 – MnO2 capacitor by its construction represents MIS structure, where tantalum anode has metal conductivity and MnO2 cathode is semiconductor. Isolation layer consists of tantalum pentoxide Ta2O5 with relative permitivity r = 27. Dielectric thickness is typically in range from 30 to 150nm. The capacitor charge is not only stored and accumulated on electrodes but also in localised states (oxide vacancies) in isolation layer. The capacitor connected in normal mode represents MIS structure polarized in reveres direction when the applied voltage higher potential barrier between semiconductor - MnO2 cathode and isolation of Ta2O5. The transport of charge carriers via isolation layer is determined by Poole-Frenkel mechanisms and tunnelling. Poole-Frenkel mechanism of charge transport is dominant in low intensity of electric field. Tunnelling determines current at higher electric field intensity. During low intensity of electric field ohmic component is also presented which is determined by volume of resistance of impurities in isolation layer due to donor states of oxygen vacancies. Based on the modelling of measured VA characteristics is possible to estimate determine dielectric thickness of Ta2O5 and determine share of Poole-Frenkelov and tunnel current and charge transportation. The thesis is described charge transport and charge concentration on tantalum capacitor in low frequency area and analysis of capacitor behaviour at frequency band. The first impulse for the thesis was an effort to create equivalent circuit diagram of tantalum capacitor in respect of its physical and electrical behaviour. There is an opportunity to study and determine electric charge transport and its accumulation based on the equivalent circuit diagram structure. There is also a chance to define and trace potential barriers and charge distribution in the capacitor structure based on an meas

Cílem této práce bylo studium vlastností tantalových kondenzátorů s pevným elektrolytem. Kondenzátor typu Ta – Ta2O5 – MnO2 svým složením představuje MIS strukturu, kde tantalová anoda má kovovou vodivost a burel – MnO2 je polovodič. Izolační vrstva je tvořena pentoxidem tantalu Ta2O5 s relativní permitivitou r = 27. Tloušťka izolační vrstvy je v rozmezí 30 až 150nm. Náboj kondenzátoru není akumulován jen na elektrodách, ale také na lokalizovaných stavech (kyslíkových vakancích) v izolační vrstvě. Kondenzátor zapojený v normálním režimu představuje strukturu typu MIS zapojenou v závěrném směru, kdy přiložené napětí zvyšuje potenciálovou bariéru mezi polovodičem – burelem a izolantem – Ta2O5. V normálním modu – při přiložení kladného napětí na Ta, je transport nosičů náboje izolační vrstvou určený Poole-Frenkelovým mechanismem a tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole je dominantní Poole-Frenkelův mechanismus transportu náboje, při vyšší intenzitě elektrického pole je proud určen tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole se projeví i ohmická složka proudu určená odporem příměsového pásu vytvořeného v izolantu donorovými stavy kyslíkových vakancí. Na základě modelování naměřených VA charakteristik lze odhadnout efektivní tloušťku dielektrika Ta2O5 a určit podíl Poole-Frenkelova a tunelového proudu na transportu náboje. V mé práci je popsáno rozložení náboje na tantalovém kondenzátoru v oblasti nízkých frekvencí a provedena analýza charakteristik kondenzátoru ve frekvenční oblasti. Prvotním podmětem pro tuto práci je snaha vytvoření náhradního modelu tantalového kondenzátoru z hlediska jeho fyzikálního a elektrického chování. Na základě náhradního elektrického modelu lze pak dále zkoumat a stanovit rozložení a transport elektrického náboje v kondenzátoru. Změřením elektrických parametrů lze taktéž dospět k určení potenciálových bariér a rozložení potenciálu ve struktuře kondenzátoru. Tato metodika spočívá v analýze elektrických charakteristik konden, The task of the thesis was studding of tantalum capacitors with solid electrolytes properties. Ta – Ta2O5 – MnO2 capacitor by its construction represents MIS structure, where tantalum anode has metal conductivity and MnO2 cathode is semiconductor. Isolation layer consists of tantalum pentoxide Ta2O5 with relative permitivity r = 27. Dielectric thickness is typically in range from 30 to 150nm. The capacitor charge is not only stored and accumulated on electrodes but also in localised states (oxide vacancies) in isolation layer. The capacitor connected in normal mode represents MIS structure polarized in reveres direction when the applied voltage higher potential barrier between semiconductor - MnO2 cathode and isolation of Ta2O5. The transport of charge carriers via isolation layer is determined by Poole-Frenkel mechanisms and tunnelling. Poole-Frenkel mechanism of charge transport is dominant in low intensity of electric field. Tunnelling determines current at higher electric field intensity. During low intensity of electric field ohmic component is also presented which is determined by volume of resistance of impurities in isolation layer due to donor states of oxygen vacancies. Based on the modelling of measured VA characteristics is possible to estimate determine dielectric thickness of Ta2O5 and determine share of Poole-Frenkelov and tunnel current and charge transportation. The thesis is described charge transport and charge concentration on tantalum capacitor in low frequency area and analysis of capacitor behaviour at frequency band. The first impulse for the thesis was an effort to create equivalent circuit diagram of tantalum capacitor in respect of its physical and electrical behaviour. There is an opportunity to study and determine electric charge transport and its accumulation based on the equivalent circuit diagram structure. There is also a chance to define and trace potential barriers and charge distribution in the capacitor structure based on an meas

Cílem této práce bylo studium vlastností tantalových kondenzátorů s pevným elektrolytem. Kondenzátor typu Ta – Ta2O5 – MnO2 svým složením představuje MIS strukturu, kde tantalová anoda má kovovou vodivost a burel – MnO2 je polovodič. Izolační vrstva je tvořena pentoxidem tantalu Ta2O5 s relativní permitivitou r = 27. Tloušťka izolační vrstvy je v rozmezí 30 až 150nm. Náboj kondenzátoru není akumulován jen na elektrodách, ale také na lokalizovaných stavech (kyslíkových vakancích) v izolační vrstvě. Kondenzátor zapojený v normálním režimu představuje strukturu typu MIS zapojenou v závěrném směru, kdy přiložené napětí zvyšuje potenciálovou bariéru mezi polovodičem – burelem a izolantem – Ta2O5. V normálním modu – při přiložení kladného napětí na Ta, je transport nosičů náboje izolační vrstvou určený Poole-Frenkelovým mechanismem a tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole je dominantní Poole-Frenkelův mechanismus transportu náboje, při vyšší intenzitě elektrického pole je proud určen tunelováním. Při nízké intenzitě elektrického pole se projeví i ohmická složka proudu určená odporem příměsového pásu vytvořeného v izolantu donorovými stavy kyslíkových vakancí. Na základě modelování naměřených VA charakteristik lze odhadnout efektivní tloušťku dielektrika Ta2O5 a určit podíl Poole-Frenkelova a tunelového proudu na transportu náboje. V mé práci je popsáno rozložení náboje na tantalovém kondenzátoru v oblasti nízkých frekvencí a provedena analýza charakteristik kondenzátoru ve frekvenční oblasti. Prvotním podmětem pro tuto práci je snaha vytvoření náhradního modelu tantalového kondenzátoru z hlediska jeho fyzikálního a elektrického chování. Na základě náhradního elektrického modelu lze pak dále zkoumat a stanovit rozložení a transport elektrického náboje v kondenzátoru. Změřením elektrických parametrů lze taktéž dospět k určení potenciálových bariér a rozložení potenciálu ve struktuře kondenzátoru. Tato metodika spočívá v analýze elektrických charakteristik konden, The task of the thesis was studding of tantalum capacitors with solid electrolytes properties. Ta – Ta2O5 – MnO2 capacitor by its construction represents MIS structure, where tantalum anode has metal conductivity and MnO2 cathode is semiconductor. Isolation layer consists of tantalum pentoxide Ta2O5 with relative permitivity r = 27. Dielectric thickness is typically in range from 30 to 150nm. The capacitor charge is not only stored and accumulated on electrodes but also in localised states (oxide vacancies) in isolation layer. The capacitor connected in normal mode represents MIS structure polarized in reveres direction when the applied voltage higher potential barrier between semiconductor - MnO2 cathode and isolation of Ta2O5. The transport of charge carriers via isolation layer is determined by Poole-Frenkel mechanisms and tunnelling. Poole-Frenkel mechanism of charge transport is dominant in low intensity of electric field. Tunnelling determines current at higher electric field intensity. During low intensity of electric field ohmic component is also presented which is determined by volume of resistance of impurities in isolation layer due to donor states of oxygen vacancies. Based on the modelling of measured VA characteristics is possible to estimate determine dielectric thickness of Ta2O5 and determine share of Poole-Frenkelov and tunnel current and charge transportation. The thesis is described charge transport and charge concentration on tantalum capacitor in low frequency area and analysis of capacitor behaviour at frequency band. The first impulse for the thesis was an effort to create equivalent circuit diagram of tantalum capacitor in respect of its physical and electrical behaviour. There is an opportunity to study and determine electric charge transport and its accumulation based on the equivalent circuit diagram structure. There is also a chance to define and trace potential barriers and charge distribution in the capacitor structure based on an meas

Studium transportu náboje v Ta2O5 oxidových nanovrstvách se zaměřuje především na objasnění vlivu defektů na vodivost těchto vrstev. Soustředíme se na studium oxidových nanovrstev Ta2O5 vytvořených pomocí anodické oxidace. Proces výroby Ta2O5 zahrnuje řadu parametrů, jež ovlivňují koncentraci defektů (oxidových vakancí) v této struktuře. Vrstva oxidu Ta2O5 o tloušťce 20 až 200 nm se často používá jako dielektrikum pro tantalové kondenzátory, které se staly nedílnou součástí elektrotechnického průmyslu. Kondenzátory s Ta2O5 dielektrickou vrstvou lze modelovat jako strukturu MIS (kov – izolant – polovodič). Anodu tvoří tantal s kovovou vodivostí, katodu potom MnO2 či vodivý polymer (CP), které jsou polovodiče. Hodnoty elektronových afinit, respektive výstupních prací, jednotlivých materiálů potom určují výšku potenciálových bariér vytvořených na rozhraních kov-izolant (M – I) a izolant-polovodič (I – S). Dominantní mechanizmy transportu náboje lze určit analýzou I-V charakteristiky zbytkového proudu. Dominantní mechanizmy transportu náboje izolační vrstvou jsou ohmický, Poole-Frenkelův, Shottkyho a tunelování. Uplatnění jednotlivých vodivostních mechanismů je závislé na teplotě a intenzitě elektrického pole v izolantu. Hodnota zbytkového proud je významným indikátorem kvality daného izolantu. Ten závisí na technologii výroby kondenzátoru, významně především na parametrech anodické oxidace a na materiálu katody. I-V charakteristiky zbytkového proudu se měří v normálním a reversním módu, tj. normální mód značí kladné napětí na anodě a reversní mód záporné napětí na anodě. I-V charakteristika je výrazně nesymetrická, a proto tyto kondenzátory musí být vhodně polarizovány. Nesymetrie I-V charakteristiky se snižuje s klesající teplotou, při teplotě pod 50 K a je možno některé kondenzátory používat jako bipolární součástky. Z analýzy I-V charakteristiky lze určit řadu parametrů, jako tloušťku izolační vrstvy a koncentraci defektů v izolační Ta2O5 vrstvě a dále lze odhadnout, The study of charge carrier transport in Ta2O5 oxide nanolayers is oriented on the explanation of the defects influence on the conductivity of these layers. We are concerned on the study of tantalum pentoxide nanolayers provided by the anodic oxidation. The technology process of oxide preparation contains many parameters which influence the defects concentration (probably oxygen vacancies) in the structure. Tantalum pentoxide of the thickness 20 to 200 nm is used as a dielectric layer in the tantalum capacitors. These capacitors can be considered as a metal-insulator-semiconductor (MIS) structure. Anode is formed from the tantalum powder with metallic conductivity and cathode is from manganese dioxide (MnO2) or conducting polymer (CP), respectively, both with semiconductor conductivity. The dominant mechanisms of the charge carriers’ transport in the Ta2O5insulating layer are ohmic, Poole-Frenkel, Schottky and tunneling, and these could be determined from the analysis of the leakage current I-V characteristic. Particular transport mechanisms are dependent on temperature and electric field in the insulation layer. The leakage current is important indicator of the insulation layer quality. Its value depends on the production technology, namely on the anodic oxidation and the cathode material. I-V characteristic is measured both in normal and reverse mode, it means the positive bias on anode for the normal mode and negative bias applied on anode for the reverse mode. I-V characteristic is asymmetric at the room temperature. This asymmetry decreases with decreasing temperature, and for the temperature below 50 K some of capacitors could be used as bipolar devices. From the analysis of I-V characteristic many parameters as insulator layer thickness or defect concentration in the Ta2O5 layer could be determined. We can also asses the MIS model parameters and determine the value of potential barriers on the M – I and I – S interfaces. C-V characteristics measurements and t

Studium transportu náboje v Ta2O5 oxidových nanovrstvách se zaměřuje především na objasnění vlivu defektů na vodivost těchto vrstev. Soustředíme se na studium oxidových nanovrstev Ta2O5 vytvořených pomocí anodické oxidace. Proces výroby Ta2O5 zahrnuje řadu parametrů, jež ovlivňují koncentraci defektů (oxidových vakancí) v této struktuře. Vrstva oxidu Ta2O5 o tloušťce 20 až 200 nm se často používá jako dielektrikum pro tantalové kondenzátory, které se staly nedílnou součástí elektrotechnického průmyslu. Kondenzátory s Ta2O5 dielektrickou vrstvou lze modelovat jako strukturu MIS (kov – izolant – polovodič). Anodu tvoří tantal s kovovou vodivostí, katodu potom MnO2 či vodivý polymer (CP), které jsou polovodiče. Hodnoty elektronových afinit, respektive výstupních prací, jednotlivých materiálů potom určují výšku potenciálových bariér vytvořených na rozhraních kov-izolant (M – I) a izolant-polovodič (I – S). Dominantní mechanizmy transportu náboje lze určit analýzou I-V charakteristiky zbytkového proudu. Dominantní mechanizmy transportu náboje izolační vrstvou jsou ohmický, Poole-Frenkelův, Shottkyho a tunelování. Uplatnění jednotlivých vodivostních mechanismů je závislé na teplotě a intenzitě elektrického pole v izolantu. Hodnota zbytkového proud je významným indikátorem kvality daného izolantu. Ten závisí na technologii výroby kondenzátoru, významně především na parametrech anodické oxidace a na materiálu katody. I-V charakteristiky zbytkového proudu se měří v normálním a reversním módu, tj. normální mód značí kladné napětí na anodě a reversní mód záporné napětí na anodě. I-V charakteristika je výrazně nesymetrická, a proto tyto kondenzátory musí být vhodně polarizovány. Nesymetrie I-V charakteristiky se snižuje s klesající teplotou, při teplotě pod 50 K a je možno některé kondenzátory používat jako bipolární součástky. Z analýzy I-V charakteristiky lze určit řadu parametrů, jako tloušťku izolační vrstvy a koncentraci defektů v izolační Ta2O5 vrstvě a dále lze odhadnout, The study of charge carrier transport in Ta2O5 oxide nanolayers is oriented on the explanation of the defects influence on the conductivity of these layers. We are concerned on the study of tantalum pentoxide nanolayers provided by the anodic oxidation. The technology process of oxide preparation contains many parameters which influence the defects concentration (probably oxygen vacancies) in the structure. Tantalum pentoxide of the thickness 20 to 200 nm is used as a dielectric layer in the tantalum capacitors. These capacitors can be considered as a metal-insulator-semiconductor (MIS) structure. Anode is formed from the tantalum powder with metallic conductivity and cathode is from manganese dioxide (MnO2) or conducting polymer (CP), respectively, both with semiconductor conductivity. The dominant mechanisms of the charge carriers’ transport in the Ta2O5insulating layer are ohmic, Poole-Frenkel, Schottky and tunneling, and these could be determined from the analysis of the leakage current I-V characteristic. Particular transport mechanisms are dependent on temperature and electric field in the insulation layer. The leakage current is important indicator of the insulation layer quality. Its value depends on the production technology, namely on the anodic oxidation and the cathode material. I-V characteristic is measured both in normal and reverse mode, it means the positive bias on anode for the normal mode and negative bias applied on anode for the reverse mode. I-V characteristic is asymmetric at the room temperature. This asymmetry decreases with decreasing temperature, and for the temperature below 50 K some of capacitors could be used as bipolar devices. From the analysis of I-V characteristic many parameters as insulator layer thickness or defect concentration in the Ta2O5 layer could be determined. We can also asses the MIS model parameters and determine the value of potential barriers on the M – I and I – S interfaces. C-V characteristics measurements and t