Ανάπτυξη υμενίων ZrO2 σε υποστρώματα p-Ge με τη μέθοδο ALD : μελέτη διεπιφανειακών ιδιοτήτων και μηχανισμών αγωγιμότητας συναρτήσει της θερμοκρασίας

• Main Author: Κερασίδου, Αριάδνη
• Other Authors: Σκαρλάτος, Δημήτριος
• Language: gr
• Published: 2012
• Subjects: Εναπόθεση ατομικού στρώματος; Υλικά υψηλής διηλεκτρικής σταθερας; Γερμάνιο; 537.622; Atomic layer deposition (ALD); High-k dielectrics; Ge; ZrO2
• Online Access: http://hdl.handle.net/10889/5099

Στην παρούσα Εργασία λεπτά υμένια (5 -25 nm) ZrO2 έχουν εναποτεθεί με τη μέθοδο ALD σε μη αδρανοποιημένο (100) Ge τύπου-p, με ειδική αντίσταση 0.2-0.5 Ω-cm. Η εναπόθεση του ZrO2 πραγματοποιήθηκε στους 2500C, με τη χρήση διαδοχικών παλμών H2O και Tetrakis (Dimethylamido) Zirconium που ήταν και οι πρόδρομες ενώσεις. Ο δομικός χαρακτηρισμός των υμενίων (στοιχειομετρία, σύνθεση και τραχύτητα της διεπιφάνειας, κρυσταλλογραφική φάση του διηλεκτρικού κλπ) πραγματοποιήθηκε μέσω των μεθόδων XPS και ΤΕΜ. Ο λεπτομερής ηλεκτρικός χαρακτηρισμός των υμενίων έγινε με παράμετρο τη θερμοκρασία σε δομές (πυκνωτές) MOS που έφεραν λευκόχρυσο, Pt, ως μέταλλο πύλης. Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις C-V, C-f με παράμετρο τη θερμοκρασία και για θερμοκρασίες από 300Κ έως 80 Κ. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την παρούσα μελέτη τα υμένια με πάχος μικρότερο των 15 nm εμφανίζουν πολύ φτωχή ηλεκτρική συμπεριφορά, η οποία βελτιώνεται με την αύξηση του πάχους. Σχετικά παχιά (25 nm) υμένια ZrO2 εμφανίζουν πυκνότητα διεπιφανειακών παγίδων της τάξης των 1011 eV-1cm-2, όπως προκύπτουν από μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στους 80K. Από μετρήσεις I-V με παράμετρο τη θερμοκρασία προκύπτουν οι μηχανισμοί αγωγιμότητας που διέπουν τις μελετούμενες δομές. Η επίδραση της ανόπτησης σε περιβάλλον Forming Gas μετά την εναπόθεση του μετάλλου μελετάται επίσης. Τέλος, μελετώνται οι ηλεκτρικές ιδιότητες δομών Pt/ZrO2 (25 nm)/p-Ge, σε υποστρώματα που περιέχουν ταυτόχρονα περιοχές που έχουν υποστεί ανόπτηση με Laser και περιοχές που δεν έχουν υποστεί ανόπτηση. Η ανόπτηση με Laser φαίνεται να υποβαθμίζει την ηλεκτρική συμπεριφορά της δομής. Ωστόσο, σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας, υπάρχουν ενδείξεις ότι οι δομές σε περιοχές που γειτνιάζουν με αυτές που έχουν υποστεί ανόπτηση με Laser εμφανίζουν βελτιωμένες ηλεκτρικές ιδιότητες ακόμη και σε σχέση με τα δείγματα αναφοράς που περιλαμβάνουν δομές που αναπτύχθηκαν σε μη ακτινοβολημένο υπόστρωμα. === In the present Thesis, thin (5 -25 nm) films of ZrO2 have been deposited by Atomic Layer Deposition (ALD) on non-passivated p-type (100) Germanium substrates with resistivity 0.2-0.5 Ω-cm. ZrO2 deposition has been performed at 2500C using a series of alternating pulses of H2O and Tetrakis(Dimethylamido) Zirconium, which were the deposition precursors. Structural characterization of the films in terms of stoichiometry, interface composition and roughness, crystallographic phase of the dielectric etc., has been performed using XPS and TEM analysis. Detailed electrical characterization [C-V, and C-f measurements] of the films as a function of temperature has been performed in MOS capacitors using Pt as gate metal. It has been observed that the electrical behaviour of the films is extremely poor in thickness range below 15 nm, while they show an improvement in higher thickness regime. Thick (25 nm) ZrO2 showed an interface trap density of the order of 1011 eV-1cm-2 extracted at 80K. The conductivity mechanisms of the structures are revealed by I-V measurement at various temperatures. Finally the effect of post-metallization annealing in Forming Gas ambient has been studied. In parallel the electrical properties of structures Pt/ZrO2 (25 nm)/p-Ge, on substrates containing simultaneously laser annealed and non-annealed areas has been studied. It has been obtained that laser annealing of the substrate deteriorates the electrical behaviour of the structure, while it seems that structures on the areas in proximity to the annealed ones revealed superior electrical properties as compared to the corresponding deposited on non-annealed (reference) samples.