使用UVO辅助的sol-gel方法制备的ZrGdO复合膜的界面调制和电气性能优化

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 固态物理 固态物理
• 纳米技术纳米技术

背景情况:

• 金属氧化物半导体 (MOS) 电容器是现代电子产品中至关重要的组件.
• 基于二氧化 (ZrO2) 的介电材料对先进的门应用有前途.
• 加多 (Gd) 兴奋剂可以修改ZrO2的特性,以提高性能.

研究的目的:

• 为了研究热处理温度对Gd合的ZrO2 (ZrGdO2) 门介电膜的影响.
• 分析对微观结构,化学结合,光学特性和电气特性的影响.
• 为高性能互补金属氧化物半导体 (CMOS) 设备优化ZrGdO2膜.

主要方法:

• 使用紫外线臭氧 (UVO) 辅助的sol-gel方法制备Al/ZrGdO2/Si MOS电容器.
• 对片和电容器进行系统的研究,这些片和电容器经过不同热处理温度 (300-600°C) 的处理.
• 描述技术包括微观结构分析,化学结合状态,光学特性,表面形态和电气测量.

主要成果:

• Gd 兴奋剂抑制了 ZrO2 结晶,而结晶阶段仅在 600 摄氏度出现.
• 将热处理温度从300°C提高到600°C,减少了氧气空缺和金属-基-氧气键.
• 在500°C达到最佳电气特性:高介电常数 (k=19.3),低歇斯底里 (ΔVfb=0.01 V),最小电荷密度 (Nbt=2.7×10^10 cm^-2),低泄漏电流 (J=9.61×10^-6 A cm^-2).

结论:

• 热处理温度是抑制氧缺陷和降低ZrGdO2膜中的陷密度的关键因素.
• 优化的热处理显著改善了ZrGdO2电容器的介电常数,歇斯底里,电荷密度和泄漏电流.
• 这些发现支持在大型高性能CMOS电子系统中应用量身定制的ZrGdO2膜.