Експериментальне дослідження межі розділу діоксид церію — кремній МДН структур
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2021.85.69-74Ключові слова:
МДН структура, діоксид церію, вольт-фарадна характеристика (ВФХ), напруга плоских зон, щільність заряду на межі поділу діелектрик-напівпровідникАнотація
Робота присвячена актуальній задачі дослідження діелектрика альтернативного діоксиду кремнію в структурах метал-діелектрик-напівпровідник (МДН). У структурах метал-діоксид кремнію-кремній, при переході до нанорозмірів, товщина діелектричної плівки зменшується настільки, що стає тунельно-прозорою і знижується її напруга пробою. Виключити ці явища можна заміною діоксиду кремнію діелектриком з більш високою діелектричною проникністю. До таких діелектриків в першу чергу відносяться оксиди перехідних і рідкоземельних металів. Параметри і характеристики МДН структури визначаються різними факторами, але особливу роль відіграють властивості діелектрика і межі діелектрик-напівпровідник. У попередніх роботах авторів теоретично доведено, що діоксид церію з ряду діелектриків-претендентів повинен мати найкращу якість межі розділу з кремнієм. Дана робота присвячена дослідженню спрямованому на визначення напруги і ємності плоских зон МДН структур та на оцінку якості межі розділу діоксид церію – кремній. Дослідження проводиться методом вольт-фарадних характеристик. Для цього були виміряні високочастотні вольт-фарадні характеристики структур алюміній – діоксид церію – кремній за різних температур. Розглянуто ємність області просторового заряду (ОПЗ) в режимі збагачення і слабкої інверсії приповерхневого шару напівпровідника. Показано, залежність цієї ємності в (–2) ступеня від напруги на металевому електроді cs-2(VG) має лінійний характер. Перетин цієї лінії з віссю абсцис дає можливість визначити напругу плоских зон, а тангенс кута її нахилу – енергетичну щільність заряду на межі поділу діелектрик-напівпровідник. Показано, що щільність заряду на межі діоксид церію – кремній відповідає мінімальним значенням щільності заряду на межі діоксид кремнію – кремній. Відсутність зсуву вольт-фарадних характеристик досліджуваних структур при зміні температури свідчить про стабільність заряду на кордоні діоксид церію – кремній.
Посилання
References
Hlali, S., Hizem, N. and Kalboussi, A. (2016). High-k dielectric materials for the gate oxide of a MIS capacitor: effect of interface states on the C–V characteristics. Journal of Computational Electronics, 15, pp. 1340–1350. doi: 10.1007/s10825-016-0916-0.
Korolevych, L. M. and Borisov, A. V. (2018). The Criterion for Choosing an Insulator for Silicon MOS Structures. Microsystems, Electronics and Acoustics, Vol. 23, Iss. 6, pp. 6–12. doi: 10.20535/2523-4455.2018.23.6.141435.
Kar, S. (ed.) (2013). High Permittivity Gate Dielectric Materials. 1st edn, Springer Series in Advanced Microelectronics (MICROELECTR., volume 43). Springer Berlin Heidelberg. doi: 10.1007/978-3-642-36535-5.
Zhou Y., Kojima N. and Sasaki K. (2008). Growth and dielectric properties of tetragonal ZrO2 films by limited reaction sputtering. Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 41, Iss. 17, p. 175414. doi: 10.1088/0022-3727/41/17/175414.
Liu, J. et al. (2019). Structure and Dielectric Property of High-k ZrO2 Films Grown by Atomic Layer Deposition Using Tetrakis (Dimethylamido) Zirconium and Ozone. Nanoscale Research Letters, Vol. 14, Iss. 1, Article number: 154. doi: 10.1186/s11671-019-2989-8.
Wang, X. et al. (2016). Electrical properties and interfacial issues of high-k/Si MIS capacitors characterized by the thickness of Al2O3 interlayer. AIP Advances, Vol. 6, Iss. 6, 065224. doi: 10.1063/1.4955001.
Hlali, S. et al. (2017). Effect of interface traps for ultra-thin high-k gate dielectric based MIS devices on the capacitance-voltage characteristics. Microelectronics Reliability, Vol. 75, pp. 154–161. doi: 10.1016/j.microrel.2017.06.056.
Rubio E. J. et al. (2014). Electronic Structure and Optical Quality of Nanocrystalline Y2O3 Film Surfaces and Interfaces on Silicon. The Journal of Physical Chemistry C, Vol. 118, Iss. 25, pp. 13644–13651. doi: 10.1021/jp502876r.
Joseph A. et al. (2020). Ion-Implanted Epitaxially Grown Gd2O3 on Silicon with Improved Electrical Properties. Journal of Electronic Materials, Vol. 49, Iss. 11, pp. 6270–6275. doi: 10.1007/s11664-020-08392-4.
Gribisch P. and Fissel A. (2020). Tuning of structural and dielectric properties of Gd2O3 grown on Si(001). Journal of Applied Physics, Vol. 128, Iss. 5, p. 055108. doi: 10.1063/5.0007793.
Tirmali P. M. et al. (2011). Structural and electrical characteristics of RF-sputtered HfO2 high-k based MOS capacitors. Solid-State Electronics, Vol. 62, Iss. 1, pp. 44–47. doi: 10.1016/j.sse.2011.04.009.
Niu G. (2010). Epitaxy of crystalline oxides for functional materials integration on silicon. École Centrale de Lyon, HAL Id: tel-00601689.
Engström O. et al. (2007). Navigation aids in the search for future high-k dielectrics: Physical and electrical trends. Solid-State Electronics, Vol. 51, Iss. 4, pp. 622–626. doi: 10.1016/j.sse.2007.02.021.
Kar S. and Singh R. (2002). Correlation between the material constants of and a figure of meritfor the high-k gate dielectrics. In Kar S. (ed.) Physics and Technology of High-k Gate Dielectrics I: Proceedings of International Symposium on High Dielectric Constant Materials: Materials Science. Salt Lake City, USA, pp. 13–23.
Deen D. A. and Champlain J. G. (2011). High frequency capacitance-voltage technique for the extraction of interface trap density of the heterojunction capacitor: Terman’s method revised. Applied Physics Letters, Vol. 99, Iss. 5, p. 053501. doi: 10.1063/1.3615279.
Kar S. (2003). Extraction of the capacitance of ultrathin high-K gate dielectrics. IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 50, Iss. 10, pp. 2112–2119. doi: 10.1109/TED.2003.817271.
Irvin J. C. (1962). Resistivity of Bulk Silicon and of Diffused Layers in Silicon. Bell System Technical Journal, Vol. 41, Iss. 2, pp. 387–410. doi: 10.1002/j.1538-7305.1962.tb02415.x.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Любомир Королевич, Олександр Борисов
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
