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Gd_2O_3-HfO_2栅介质薄膜的外延制备及Ge-MOS电学特性分析
  • ISSN号:0258-7076
  • 期刊名称:稀有金属
  • 时间:2012
  • 页码:405-409
  • 分类:TN386.1[电子电信—物理电子学]
  • 作者机构:[1]北京有色金属研究总院先进电子材料研究所,北京100088, [2]北京有色金属研究总院国家半导体材料工程技术研究中心,北京100088
  • 相关基金:国家自然科学基金重点基金(50932001);国家自然科学基金青年科学基金(51102020);国家自然科学基金委员会和中国工程物理研究院联合基金资助项目(11076005); 国家重大科技专项02专项(2009ZX02039-005)
  • 相关项目:铪基稀土金属多元氧化物高K栅介质的基础研究
中文摘要:

以Gd2O3-HfO2(GDH)固溶氧化物作为靶材,采用脉冲激光沉积技术(PLD)在Ge(100)衬底上制备了GDH高k栅介质外延薄膜,其外延生长方式为"cube-on-cube",GDH薄膜与Ge(100)衬底的取向关系为(100)GDH∥(100)Ge和[110]GDH∥[110]Ge。通过反射式高能电子衍射(RHEED)技术研究了激光烧蚀能量和薄膜沉积温度对薄膜晶体结构的影响,分析了二者与薄膜的取向关系,激光烧蚀能量对薄膜取向影响更为显著。得到较优的GDH外延薄膜沉积工艺为:激光烧蚀能量为3 J·cm-2、薄膜的沉积温度为600℃。用磁控溅射制备了Au/Ti顶电极和Al背电极,其中圆形的Au/Ti电极通过掩膜方法获得,直径为50μm。采用Keithley 4200半导体测试仪对所制备Au/Ti/GDH/Ge/Al堆栈结构的Ge-MOS原型电容器进行电学特性分析,测试条件为:I-E测试的电场强度0~6 MV·cm-1,C-V测试的频率300 kHz~1 MHz,结果表明,厚度为5 nm的GDH薄膜具备良好介电性能:k~28,EOT~0.49 nm,适于22 nm及以下技术节点集成电路的应用。

英文摘要:

The HfO2 doped with Gd2O3(GDH) films as high k dielectrics were epitaxially grown on Ge(100) substrates by pulsed laser deposition(PLD).Epitaxial growth adopted in a cube-on-cube mode.Evolution of the(100)-oriented GDH films during the deposition was in situ investigated by reflection high-energy electron diffraction(RHEED).The in-plane orientation relationship between(100) GDH film and(100) Ge substrate was(100) GDH∥(100)Ge and GDH∥Ge.Appropriate preparation conditions of epitaxial GDH films were as follows: laser ablation energy of 3 J · cm-2,deposition temperature of 600℃.Compared with the effects of deposition temperature on the epitaxial growth of GDH on Ge,that of laser ablation energy was much more evident.Au electrodes and Al electrodes were prepared by radio frequency magnetron sputtering,and Au top electrodes with diameter of 50 μm were obtained through mask method.The electrical characters of Ge-MOS capacitors were tested by Keithley 4200,and the results showed good dielectric properties of GDH films,such as high dielectric constant(~28) and low equivalent oxide thickness(EOT~0.49) at E of 0~6 MV · cm-1 and measurement frequency of 300 kHz~1 MHz.The experimental finding indicated that the epitaxial stack of GDH/Ge was suited for application to 22 nm technology node and beyond.

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期刊信息
  • 《稀有金属》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京有色金属研究总院
  • 主编:屠海令
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  • 邮编:100088
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  • 国际标准刊号:ISSN:0258-7076
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2111/TF
  • 邮发代号:82-167
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊,冶金工业类核心期刊,中国科技论文统计源期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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