原子層堆積における非理想性によって可能となる電子欠陥抑制の仕組みを理解する

科学分野:

• 材料科学
• 半導体物理学
• ナノテクノロジー

背景:

• シリコン・ゲルマニウム (SiGe) は 量子コンピュータやトランジスタのような 進歩した電子機器に不可欠です
• 表面状態とSiGe-オキシードインターフェイスのチャージトラップは,GeO2形成によってデバイスの性能を阻害します.
• 従来の原子層堆積 (ALD) は,GeO2の形成を防ぐために苦労し,インターフェイスの欠陥を引き起こします.

研究 の 目的:

• SiGeのインターフェイス欠陥の無効化のための非理想的なALDにおける拡散プロセスを調査し,利用する.
• ゲートオキシドの堆積時にSiGe-オキシドインターフェースのチャージトラップを抑制する方法を実証する.
• SiGe装置のバンドギャップの間の統合トラップ密度 (Dit) を減らすために.

主な方法:

• SiGeのAl2O3とHfO2のALD中に二次酸化剤として定期的なオゾン被曝を利用した.
• 非理想的なALD中にゲート酸化物を通過する反応物種の拡散を調査した.
• スキャニング・トランスミッション・エレクトロン・エネルギー・ロス・スペクトロスコーピー (STEM-EELS) を用いて,Gの枯渇とSiO2豊富なインターフェースの形成を確認する.

主要な成果:

• Al2O3 (<6 × 10^10 cm^-2) とHfO2 (<3.9 × 10^11 cm^-2) のゲート介電体において,ほぼ1次元の統合トラップ密度 (Dit) が減少した.
• 接面層からGeを消耗させ,SiO2に富んだ接面を形成した.
• STEM-EELSを用いたオゾン挿入によるGeO2形成と脱吸収が確認され,欠陥軽減メカニズムが特定されました.

結論:

• 定期的なオゾン曝露は,SiO2豊富なインターフェイスを促進することによって,SiGeのインターフェイス欠陥を効果的に無効化します.
• 非理想的なALDプロセスにおけるエンジニアリング拡散種は,欠陥抑制のための実行可能なナノスケールメカニズムを提供します.
• このアプローチは,高性能の電子および量子コンピューティングアプリケーションのための SiGe の可能性を高めます.