Автореферат (1149413), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Изучено перераспределение кислорода на границе γ-Al2O3/TiN как состороны пленки γ-Al2O3, так и со стороны электрода TiN:3.1 Проведен послойный анализ фазового состава электрода TiN спомощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопиивысоких энергий. Установлено формирование оксинитрида6TiNxOy на границе γ-Al2O3/TiN вследствие "вымывания"кислорода из γ-Al2O3.3.2 Установлено, что дипольный слой на границе γ-Al2O3/TiNформируется вследствие замещения атомов азота кислородом вTiN и, как следствие, искажением октаэдрической симметрииокружения, характерной для TiN.Научная и практическая значимостьНаучная и практическая значимость полученных результатов состоит втом, что в ходе исследования в одних экспериментальных условиях былидостоверно определены факторы, определяющие положения потолка валентнойзоны и дна зоны проводимости SiO2 на разных этапах модификации егоструктуры, а также практически важных кристаллических модификаций оксидаалюминия α-Al2O3, γ-Al2O3 и ам-Al2O3.
Полученные результаты важны с точкизрения понимания формирования энергетических барьеров для носителей токана границе данных оксидов с различными полупроводниковыми илиметаллическими материалами. Полученные результаты должны способствоватьсовершенствованию технологии синтеза low-k диэлектриков на основе SiO2,позволяющих эффективно изолировать металлические соединительные линии вмикрочипе и уменьшить паразитную емкость, а также должны способствоватьоптимальному выбору кристаллической фазы Al2O3 для его использования вкачестве подзатворного диэлектрика в МДП-транзисторах в качествеблокирующего диэлектрика в энергонезависимых элементах памяти.Научная и практическая ценность проведенного исследования такжесостоят в том, что показано, что в структуре γ-Al2O3 может образовыватьсядефицит кислорода даже при сравнительно низких температурах припоследующем нанесении металлического электрода TiN после предварительноговысокотемпературного отжига, устраняющего дефицит кислорода.
С точкизрения практического применения особенно важны: 1) установление механизмаобразования поляризационного слоя на границе γ-Al2O3/TiN; 2) установлениеотсутствия оксида титана TiO2 при окислении TiN со стороны γ-Al2O3.Выявленные закономерности важны для правильного предсказания величиныэнергетического барьера в системах оксид/металл.Научные положения, выносимые на защиту:1) Модификация структуры SiO2 путем введения метиловых групп исоздания пористости не влияет на положение дна зоны проводимости,а вызывает смещение потолка валентной зоны в сторону меньшихэнергий связи.2) Смещение потолка валентной зоны модифицированной структурыSiO2обусловленопреимущественноизменениемэлектроотрицательности атомов ближайшего окружения кремния.3) Определяющую роль в изменении ширины запрещенной зоны Al2O3 взависимости от его кристаллической модификации играет смещениедна зоны проводимости.
Смещение потолка валентной зонынезначительно.74) Положение дна зоны проводимости в Al2O3 определяется переносомэффективного заряда между атомами алюминия и кислорода, которыйнапрямую зависит от симметрии окружения атома алюминия вструктуре.5) При взаимодействии γ-Al2O3 и TiN происходит перераспределениекислорода на межфазовой границе: со стороны γ-Al2O3 формируютсякислородные вакансии, а со стороны TiN формируется оксинитридTiNxOy, при этом формирование оксида TiO2 не происходит.6) Вследствие перераспределения кислорода на границе γ-Al2O3/TiNформируется дипольный слой, обусловленный замещением атомовазота кислородом в TiN и, как следствие, искажением октаэдрическойсимметрии окружения, характерной для TiN.Достоверность результатовОбоснованность и достоверность основных результатов и выводовдиссертации обеспечиваются корректностью постановки задач работы,использованием мощных спектроскопических методик в сочетании с высокимуровнем оборудования, полностью соответствующего технике современногоэксперимента.
Полученные экспериментальные результаты были стабильны ивоспроизводимы. Для научных положений и выводов, сформулированных вдиссертации, характерна внутренняя непротиворечивость и согласованность собщепризнанными физическими положениями и результатами имеющихсятеоретических расчётов и экспериментов, представленных в многочисленныхлитературных источниках по данной тематике.Апробация результатовРезультаты работы были представлены и обсуждались на следующихроссийских и международных конференциях: 5th RACIRI summer school for young scientists (2017, Ronneby,Sweden) 20th Conference on Insulating Films on Semiconductors “INFOS”(2017, Potsdam, Germany) XXII Всероссийская конференция Рентгеновские и электронныеспектры и химическая связь “РЭСХС-22” (2016, Владивосток,Россия) 16th International Conference on X-ray Absorption Fine Structure“XAFS16” (2015, Karlsruhe, Germany) International Student Conference Science and Progress-2014 (2014,St-Petersburg, Russia) XXI Всероссийская конференция Рентгеновские и электронныеспектры и химическая связь “РЭСХС-21” (2013, Новосибирск,Россия)ПубликацииПо результатам исследований, составляющих содержание диссертации,опубликовано 17 печатных работ, в том числе 7 статей в рецензируемыхнаучных журналах, индексируемых в международных библиографических базах8данных Web of Science и Scopus, и 10 работ в сборниках тезисов российских имеждународных конференций.Личный вклад автораВсе результаты, представленные в работе, получены соискателем лично,либо в соавторстве при его непосредственном участии.Структура и объем диссертацииДиссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения исписка литературы.
Материал изложен на 144 страницах и содержит 31 рисунок,1 таблицу и библиографический список из 208 наименований.Содержание работыВо введении обсуждаются актуальность работы, её научная ипрактическая значимость, формулируются цели и задачи диссертации, научныеположения, выносимые на защиту, а также описывается структура диссертации.Первая глава носит обзорный характер и состоит из пяти разделов.Первый раздел посвящен рассмотрению кристаллической структуры SiO2 ипутей ее модификации для создания low-k диэлектриков. Особое вниманиеуделяется рассмотрению влияния изменения электроотрицательности окруженияатомов кремния и введения пористости на его электронную структуру. Второйраздел посвящен рассмотрению кристаллической структуры модификаций α-, γи аморфного Al2O3.
Дается литературный обзор по изучению состоянийвалентной зоны и зоны проводимости разных кристаллических модификацийAl2O3, отдельно рассматривается влияние взаимодействия Al2O3 с материаломметаллического электрода на эффективную работу выхода. В третьем разделерассматриваются физические принципы наблюдения плотностей состоянийвалентной зоны и зоны проводимости с помощью рентгеновскихспектроскопических методов. В четвертом и пятом разделах рассмотреныфизические принципы использованных в диссертационной работе методовисследования: полного квантового выхода внешнего рентгеновскогофотоэффекта и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии высокихэнергий, соответственно.Во второй главе описаны техника и методика проведенных измерений.Все экспериментальные результаты в работе были получены с использованиемсинхротронного излучения в центре BESSYII (Германия).Измерения рентгеновских спектров поглощения в режиме полногоквантового выхода и рентгеновских фотоэлектронных спектров с энергиейвозбуждения в диапазоне 120-700 эВ проводились на экспериментальнойстанции RGL-PES, установленной на Российско-Германском канале вывода СИ,сконструированном на дипольном поворотном магните.
Станция RGL-PESоборудована полусферическим энергоанализатором SPECS Phoibos 150 сосредним радиусом 150 мм, с помощью которого измерялись рентгеновскиефотоэлектронные спектры. Анализатор установлен под углом 54,7° кнаправлению падающего излучения. Все фотоэлектронные спектры измерялисьпри нормальной эмиссии. Результирующее энергетическое разрешение прииспользовавшихся энергиях фотонов 700 эВ и 120 эВ было не хуже, чем 0.4 эВ и90.03 эВ, соответственно.
Измерение спектров полного квантового выходапроводилось в режиме тока утечки с образца при угле падения 45°. Калибровкаэнергии фотонов осуществлялась с помощью измерения фотоэлектронной линииAu4f7/2 золотой фольги в первом и втором порядках дифракции.Измерение рентгеновских фотоэлектронных спектров с энергиямивозбуждения 2 и 3 кэВ проводилось на экспериментальной станции «HIKE»,установленной на канале вывода СИ KMC-1, сконструированном на дипольномповоротном магните.
Аналитическая камера оборудована полусферическиманализатором SCIENTA R4000 (со средним радиусом 200 мм),оптимизированным для детектирования электронов с кинетическими энергиямидо 10 кэВ. Анализатор установлен под углом 90° по отношению к падающемупучку, послойный анализ проводился путем изменения угла эмиссии электроновпри фиксированной энергии возбуждения.
Результирующее энергетическоеразрешение было около 0,2 эВ и 0,4 эВ при энергиях возбуждения 2 и 3 кэВ,соответственно.Измерение рентгеновских спектров поглощения в режиме полногоквантового выхода с использованием разнополяризованного излученияпроводилось на экспериментальной станции Polarimeter, установленной наканале вывода СИ UE56/2_PGM-2, сконструированном на ондуляторе.Измерение спектров поглощения проводилось при разных углах падения наобразец от 30° до 90° с использованием s- и p-линейных и левой/правойэллиптических поляризаций излучения.
Держатель образца позволял проводитьазимутальное вращение образца. Калибровка энергетической шкалыосуществлялась по измерению BeK-, TiL3- и FeL3-края поглощениябериллиевого, титанового и железного фильтров в первом и высших порядкахдифракции. В качестве детектора излучения использовался диод GaAsP(Шоттки) с широким окном 4×4 мм в сочетании с электрометром Keithley 617.Дополнительные измерения спектральных зависимостей коэффициентаотражения исследовавшихся образцов были выполнены на экспериментальнойстанции «Reflectometer», установленной на оптическом канале (Optics-beamline),сконструированном на дипольном поворотном магните.В этой же главе приведена характеризация изученных образцов, включаяосновные параметры их синтеза.В третьей главе обсуждаются полученные в диссертации результаты.Глава состоит из трех основных частей.Первая часть посвящена изучению влияния модификации структурыSiO2 путем введения пористости и замещения части атомов кислородаметиловыми группами на формирование состояний валентной зоны и зоныпроводимости.
В этой связи был изучен ряд структур α-кварц, аморфный SiO2,пористый SiO2, и органосиликатные стекла (ОСС) SAT-2.0, PECVD-2,5 иPECVD-2,3. ОСС были приготовлены методом самосборочной химии (SelfAssembly Technology – SAT) без использования порообразователя,диэлектрическая проницаемость была равна 2.0, и традиционным методомплазмохимического осаждения из газовой фазы (PECVD) при использованиипорообразователя, диэлектрическая проницаемость была равна 2,5 и 2,3.10a)XPSNEXAFSb)D CB ASATIntensity (a.u.)Intensity (a.u.)SATPECVD-2,3por-SiO2am-SiO2PECVD-2,3por-SiO2am-SiO2-quartz-quartz-15 -10 -5 05 10 15E-Ef (eV)-7-6-5-4-3E-Ef (eV)Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
