《La基稀土高介電係數(k)柵介質材料的同步輻射研究》是依託中國科學技術大學，由戚澤明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：La基稀土高介電係數(k)柵介質材料的同步輻射研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：戚澤明
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
MOS 電晶體進入納米尺度後，傳統的SiO2 柵介質材料由於大的漏電流越來越不能適應器件繼續小型化的要求，必須採用新的高k 材料來代替SiO2，已有的候選材料在性能上的差距，導致探尋新高k 材料的任務不僅越來越迫切，而且富有挑戰。La基稀土高k材料由於其較高的介電係數和大的帶隙等優點成為具有前景的候選材料，但其作為高k材料的基本物性研究還相當缺乏。因此，從基本物理性質的角度對其影響器件性能的結構、電子結構和帶偏移、缺陷、界面、介電性質等進行系統和細緻的研究非常必要和緊迫。本項目充分發揮同步輻射在材料研究方面的優勢，利用相關同步輻射實驗方法（如遠紅外譜、光電子能譜、X-ray吸收譜和X-ray衍射等），對La基稀土高k 柵介質材料的結構、界面、缺陷、帶偏移和介電性質的關係進行系統的研究，深入理解其高介電特性的機制,為提高現有材料的性能，探尋新高k材料提供重要的物理依據。
結題摘要
電晶體的不斷小型化要求採用新型柵介質材料替代傳統的SiO2柵介質，探尋和研究新高介電係數(k)柵介質材料已經成為影響器件小型化的關鍵問題之一。近些年來，稀土基高k材料由於其高的介電係數、寬的帶隙和好的熱穩定性等優點引起人們濃厚的興趣。在本課題中，我們成功地利用雷射脈衝沉積方法（PLD）生長了La-Hf基，La2Zr2O7,HfO2,LaLuO3, Gd2O3薄膜，利用同步輻射相關實驗方法，並結合密度泛函計算對其結構、界面和介電性質進行了研究。獲得的主要研究結果如下： 1．生長條件對La2Hf2O7/Si界面有重要影響，界面主要由La和Hf的矽氧化物組成，缺氧氣氛下生長時界面有Hf的矽化物生成，顯著影響其C-V電學特性。採用在氧氣氛中生長和後退火處理可以有效的抑止Hf矽化物的生成，明顯改善了C-V特性。 2．深入理解La2Hf2O7體系靜態介電常數的來源以及它和晶格動力學的關聯。對靜態介電常數最主要的貢獻的三個紅外模式分別來源於La2O’鏈的振動，和 HfO6八面體中氧離子的移動，顯示其靜態介電常數與pyrochlore結構中兩種相互穿插的子格線（La2O’鏈和HfO6 八面體）密切相關。非晶態La2Hf2O7薄膜中雖然具有更大的無序度，但它具有晶態相同的最近鄰局域結構。非晶La2Hf2O7薄膜介電常數的來源歸因於其對晶態La2Hf2O7的最近鄰局域結構和基本紅外聲子模式的保持。 3．利用同步輻射紅外譜學和X射線吸收精細結構(XAFS)研究LaxHf(1-x)Oy (x=0, 0.1, 0.3, 0.5, 0.7,y=2-x/2)薄膜的組份依賴。10% La/(La+Hf)原子比的薄膜具有立方HfO2結構，同時也具有最大的介電常數。更多的La原子引入使薄膜非晶化，而且介電常數隨著La原子的含量增加而增大。XAFS結果揭示了非晶薄膜具有相似的局域結構，但對靜態介電常數貢獻最大的紅外聲子模式頻率移向更低的值，這是導致其介電常數組份依賴的主要原因。 4．研究了HfO2，La2Zr2O7，LaLuO3薄膜的結構、紅外聲子模式和介電性質的關聯，比較了晶態和非晶態薄膜，以及體材料間的差別，並解釋了其差異的原因。 這些結果對於為深入理解稀土基高k柵介質材料的生長、結構特徵和介電性質的來源提供了物理依據，對其做為潛在的高k候選材料具用重要意義。
