Электронные и электрофизические свойства границ раздела металл/диэлектрик : металл=Au, Ni, Al, Fe, Gd, диэлектрик=HfO2, LaAlO3, Al2O3

• Автор: Матвеев, Юрий Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 153 с. : ил.

Оглавление

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Цель работы

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. High-k диэлектрики в КМОП-технологиях

1.1.1. High-k диэлектрики в устройствах памяти

1.2. Металлические затворы в КМОП-технологиях

1.2.1. «Пгтнинг» уровня Ферми на границе раздела металл/диэлектрик

1.3. Кислородные вакансии в high-k диэлектриках

1.3.1. Влияние кислородных вакансий на электрофизические параметры МДП-структур
ГЛАВА 2. ОБЗОР МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОННЫХ СВОЙСТВ ГРАНИЦ РАЗДЕЛА МДП-СТРУКТУР
2.1. Методы роста наноразмерных МДП-структур
2.1.1. Метод импульсного лазерного осаждения
2.1.2. Метод атомного послойного осаждения
2.2. Методы исследования наноразмерных МДП-структур
2.2.1. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
2.2.2. Высокоэнергитичная фотоэлектронная спектроскопия (ВэРФЭС)
2.2.3. Резерфордовское обратное рассеяние (POP)
2.2.4. Метод вольт-фарадных характеристик
2.3. Исследовательские комплексы
2.3.1. Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИXSAM
2.3.2. Исследовательский комплекс ВФХ
2.3.3. Исследовательский ВэРФЭС
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. Исследования электрофизических свойств МДП-структур на основе LaA10x
3.2. Разработка методики измерения зонной структуры с помощью РФЭС
3.2.1. Принципы измерения «эффективной» работы выхода электрона с помощью РФЭС
3.2.2. Принципы измерения «эффективной» работы выхода электрона на наноразмерных МДП-структурах
3.3. Исследование образования кислородных вакансий в МДП-структурах Ме/НГОг
3.3.1. МДП-структура на основе Аи/Нф02/81
3.3.2. МДП-структура на основе М/Н/ОУИ!
3.3.3. МДП-структура Аи/ЬаЛЮз/БЧ
3.4. Изучение подвижности кислородных вакансий в пленках IIЮг
3.4.1. МДП-структура Аи/Н/Оз/Б!
3.4.2. МДП-структура РПН/О;
3.5. Изучение влияния прослойки Об на электрофизические свойства границы раздела Ре/А1203
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

диэлектрике в основном определяется работой выхода электрона из металлического затвора. Таким образом, при приведении диэлектрика в контакт с металлами, обладающим большой вакуумной работой выхода электрона (\Тас > 5.0 эВ), в нем становится возможным образование кислородных вакансий.
В работе [58] была рассчитана зависимость суммарного количества кислородных вакансий в слое НЮ2 от работы выхода электрона из металлического затвора (Рис. 19а). Для расчётов предполагалось, что все вакансии сконцентрированы в слое толщиной 1 нм.
Как видно из графика, если уровень Ферми в НГО2 находится вблизи края валентной зоны 81 (т.е. ~5 эВ от уровня вакуума), то концентрация

вакансий в диэлектрике может достигать 10 -10" см' . При этом, так как уровень Ферми затвора расположен ниже, то электроны из вакансии переходят в затвор и заряжают поверхность диэлектрика положительно, что вызывает смещение зон в МДП-структуре (Рис. 196).
Уровень Ферми по отношению к Б! Х/В, эВ
а> б)
Рис. 19. а) Концентрация вакансий кислорода в МДП-структуре Ме/НЮ2/81 в зависимости от работы выхода металла, б) Схема зарядки поверхности образца, вызывающего смещение зон.
Этот эффект вызывает трудности при подборе металлического затвора для НЮ2 с «эффективной» работой выхода электрона больше 5.0 эВ.