Оксид гафния относится к одному из наиболее перспективных higt-k диэлектриков и используется в полевых транзисторах, МОС структурах и флеш-памяти запоминающих устройств. Наличие в этих слоях ловушек носителей заряда и их концентрация определяет основные свойства этих структур и перспективы их использования. В работе [1] предложена новая методика, позволяющая определять тип и концентрацию ловушек в тонких нанометровых диэлектрических слоях типа оксида гафния. Методика включает исследования Кельвин-зонд микроскопии и динамики интенсивности катодолюминесценции и поглощенного тока при непрерывном облучении пленок электронным пучком. Состав пленок контролировался методом XPS, а толщина - методом рентгеновской дифракции. Исследования проводились на пленках оксида гафния толщиной 40 нм, полученных при использовании разных прекурсоров.

Было показано, что использование TEMAH-H2O прекурсора приводит к образованию пленки со значительным дефицитом кислорода. С другой стороны, в случае использования Hf(thd)4-O₂ под слоем оксида гафния формируется оксид кремния толщина ~3 нм. Наличие подслоя SiO₂ оказывает существенное влияние на рассеивание заряда. Диффузия носителей заряда (электронов и дырок) в латеральном направлении вдоль подслоя SiO2 имеет коэффициент диффузии выше, чем в слое HfO2, но наличие подслоя SiO₂ уменьшает утечку заряда в подложку. Также были определены энергии активации дырочных и электронных ловушек и показано, что увеличение энергии активации и коэффициента диффузии носителей заряда предположительно связано с образованием агломератов кислородных вакансий и снижением вероятности туннелирования между ловушками. Эти исследования представляют интерес при исследовании HfO₂/SiO₂ структур в качестве диэлектрика гетерозатвора для приложений MOSFET.

Публикации

1. [1] E.V. Dementeva, P.A. Dementev, M.A. Yagovkina, M.V. Zamoryanskaya, Determination of Type and Concentration of Traps in Nanoscale-Thick HfO2 Films Applicable for Gate Dielectric Stacks 2023, ACS Appl. Nano Mater., v.6 стр. 16212-16220