Автореферат (1149413)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшегообразования“САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”На правах рукописиКОНАШУК Алексей СергеевичИзучение электронного и атомного строения нанослоев Al2O3 при контактес TiN и диэлектриков на основе SiO201.04.07 - Физика конденсированного состоянияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург - 20172Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университетеНаучныйруководитель:Филатова Елена Олеговнадоктор физико-математических наук, профессор,профессор кафедры Электроники твёрдого тела ФГБОУВО «Санкт-Петербургский государственныйуниверситет», г.
Санкт-Петербург.Официальныеоппоненты:Солдатов Александр Владимировичдоктор физико-математических наук, профессор, директорМеждународного исследовательского центра"Интеллектуальные материалы" ФГАОУ ВО "Южныйфедеральный университет"г. Ростов-на-Дону.Терехов Владимир Андреевичдоктор физико-математических наук, профессор,профессор кафедры Физики твердого тела и наноструктурФГБОУ ВО «Воронежский государственныйуниверситет», г.
Воронеж.Ведущаяорганизация:ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехническийуниверситет Петра Великого», г. Санкт-Петербург.Защита диссертации состоится «__» _________ 2018 года в _____ часовна заседании диссертационного совета Д 212.232.33 по защите диссертаций насоискание учёной степени кандидата наук, на соискание учёной степенидоктора наук при Санкт-Петербургском государственном университете поадресу: 198504, г. Санкт-Петербург, ул. Ульяновская, д.1, малый конференцзал.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им.М.
Горького Санкт-Петербургского государственного университета по адресу:199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д.7/9. Диссертация иавтореферат размещены на сайте www.disser.spbu.ru.Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенныепечатью, просьба высылать по адресу: 198504, г. Санкт-Петербург,ул. Ульяновская, д.1, на имя ученого секретаря диссертационного советаД 212.232.33 Поляничко А.М.Автореферат разослан «____» _______________ 2017 г.Ученый секретарь диссертационного советаКандидат физ.-мат. наук, доцентПоляничко А.М.3Общая характеристика работыАктуальность темыФормирование энергетических барьеров для носителей тока на границедиэлектрика с металлическими и полупроводниковыми слоями непосредственноопределяет функциональность электронных устройств.
При этом величинаэнергетических барьеров зависит от конкретного энергетического положенияпотолка валентной зоны и дна зоны проводимости диэлектрика. В настоящеевремя ведется активный поиск оптимальных диэлектриков для эффективнойизоляции как различных функциональных слоев внутри наноустройств, так и дляизоляции металлических соединительных линий в микрочипе.Поиск диэлектрика для изоляции соединительных линий в микрочипе припостоянном увеличении их количества и уменьшении расстояния между нимивызван необходимостью уменьшения паразитной емкости, возникающей междусоседними линиями.
Паразитная емкость вызывает RC-задержку сигнала идиссипацию мощности. Для ее уменьшения необходима разработкадиэлектриков с пониженной диэлектрической проницаемостью (называемыхlow-k диэлектриками). Единственным эффективным путем для этого являетсямодификация структуры SiO2, заключающаяся в замещении части атомовкислорода метиловыми группами и создании пористости в структуре.Замещение части атомов кислорода метиловыми группами вызываетперераспределение эффективного заряда на атомах кремния, а созданиепористости сопряжено с модификацией химических связей, что все вместе,безусловно, влияет на формирование валентных состояний и состояний зоныпроводимости модифицированного SiO2, и, как следствие, можно ожидатьизменения ширины его запрещенной зоны. Тем не менее, в литературеотсутствуют данные, по которым можно было бы составить целостноепредставление о влиянии последовательной модификации структуры SiO2 на егозапрещенную зону.Поиск диэлектрика для изоляции внутри наноустройств, таких какполевые МДП-транзисторы, элементы энергонезависимой зарядовой памяти идр., обусловлен общей тенденцией уменьшения толщин всех входящих в составустройства слоев.
Для обеспечения необходимой малой толщины диэлектрикапри сохранении низких значений токов утечки необходим диэлектрик сбольшей, чем у оксида кремния, диэлектрической проницаемостью (high-kдиэлектрик) и одновременно большой шириной запрещенной зоны.Оптимальным кандидатом является Al2O3. При этом Al2O3 имеет целый рядкристаллических модификаций, различающихся соотношением содержаниятетраэдрических и октаэдрических симметрий окружения атома алюминия вструктуре. Каждая модификация Al2O3 характеризуется своей величинойзапрещенной зоны и, как следствие, величиной формируемых энергетическихбарьеров при использовании конкретной кристаллической модификации.
Стехнологической точки зрения наиболее важны аморфная и γ-фазы Al2O3.Аморфный Al2O3 может быть синтезирован, например, методом молекулярного4наслаивания, а его последующий высокотемпературный отжиг в атмосферекислорода обеспечивает формирование кристаллической γ-фазы, для которойхарактерна значительно большая ширина запрещенной зоны. Несмотря на то,что данный технологический процесс хорошо отработан, в настоящее времясуществуют противоречивые взгляды на главный фактор, определяющийизменение ширины запрещенной зоны при переходе от одной кристаллическоймодификации Al2O3 к другой, что побуждает к дальнейшим спектроскопическимисследованиям.Кроме того, на формирование энергетических барьеров могутсущественно влиять эффекты, происходящие на межфазовой границеметалл/оксид вследствие их взаимодействия.
Как следует из ряда работ [1-4], награнице Al2O3/затвор происходит перераспределение кислорода, приводящее кпоявлению дипольного слоя на границе. В то время как не вызывает сомнений,что именно перераспределение кислорода ответственно за формированиедипольного слоя, приводящего к изменению эффективной работы выхода и, какследствие, к изменению энергетического барьера, электронная атомная картинаэтого процесса остается неполной на сегодняшнее время.
Большинствоисследований посвящено изучению состояний, возникающих в слое оксидасамих по себе, в то время как полный путь миграции кислорода и егонепосредственное влияние на работу выхода не изучались.В свете сказанного работа направлена на изучение факторов, влияющихна формирование состояний валентной зоны и зоны проводимости разномодифицированного SiO2 и разных кристаллических фаз Al2O3, также факторов,влияющих на формирование межфазовой границы Al2O3/TiN.Базовым методом исследования выбрана спектроскопия поглощениярентгеновских лучей, представляющая уникальные возможности дляисследования структуры вещества.
Ближняя тонкая структура рентгеновскихспектров поглощения (БТС РСП) отображает энергетическое распределение какпарциальных, так и пространственно-локализованных вблизи поглощающегоатома состояний зоны проводимости. БТС РСП высоко чувствительна кхимическому состоянию поглощающего атома и к симметрии его ближайшегоокружения, при этом применение разнополяризованного синхротронногоизлучения позволяет изучать направленность химических связей.
Для анализазаполненных состояний валентной зоны и определения энергий связивнутреннихуровнейприменяласьрентгеновскаяфотоэлектроннаяспектроскопия, в том числе фотоэлектронная спектроскопия высоких энергий.Цель и задачи диссертационной работыОсновной целью работы является установление закономерностейформирования состояний валентной зоны и зоны проводимости Al2O3 идиэлектриков на основе SiO2 при изменении, соответственно, симметрииближайшего окружения центрального атома и электроотрицательностиокружения, а также строения и протяженности межфазовой границы между γAl2O3 и TiN.Для достижения цели были поставлены следующие задачи:51.Изучение влияния замещения атомов кислорода метиловымигруппами при сохранении симметрии ближайшего окружения исоздания пористости на формирование состояний валентной зоны изоны проводимости оксида кремния SiO2 при последовательноймодификации его структуры.2. Изучение влияния симметрии ближайшего окружения центральногоатома на формирование состояний валентной зоны и зоныпроводимости разных кристаллических модификаций Al 2O3.3.
Комплексное изучение процесса перераспределения кислорода награнице γ-Al2O3/TiN и его влияния на образование дипольного слоя.Научная новизнаНаучная новизна работы во многом определяется актуальностью цели ирешаемых задач исследования, а также оригинальностью подхода. Большинствоэкспериментальных результатов, представленных в данной работе, былополучено впервые. Ниже перечислены наиболее важные из них:1. Изучено формирование состояний валентной зоны и зоныпроводимости исходного SiO2 и в процессе модификации егоструктуры в одних экспериментальных условиях с помощьюрентгеновской спектроскопии поглощения и фотоэлектроннойспектроскопии:1.1 Показано, что создание пористости и замещение части атомовкислорода метиловыми группами не влияет на положение дназоны проводимости.1.2 Обнаружено существенное смещение потолка валентной зоныSiO2 при понижении электроотрицательности ближайшегоокружения атомов кремния.2.
Изучено формирование состояний валентной зоны и зоныпроводимости практически важных кристаллических модификацийоксида алюминия α-Al2O3, γ-Al2O3 и аморфного Al2O3 в однихэкспериментальныхусловияхспомощьюрентгеновскойспектроскопии поглощения и рентгеновской фотоэлектроннойспектроскопии:2.1 Обнаружено, что определяющую роль в изменении ширинызапрещенной зоны Al2O3 в зависимости от его кристаллическоймодификации играет смещение дна зоны проводимости.Смещение потолка валентной зоны незначительно.2.2 Показано, что положение дна зоны проводимости в Al2O3определяется переносом эффективного заряда между атомамиалюминия и кислорода, который напрямую зависит отсимметрии окружения атома алюминия в структуре.3.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
