Herstellung ultra-dünner hoch-varepsilon_rOxide und deren Verhalten unter dynamischen elektrischen Stressbedingungen
Steve Knebel
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Steve Knebel, Herstellung ultra-dünner hoch-varepsilon_rOxide und deren Verhalten unter dynamischen elektrischen Stressbedingungen (2019), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832587710
Beschreibung / Abstract
Im Rahmen dieser Arbeit werden HfO_2und ZrO_2basierte hoch-varepsilon_rMaterialsysteme mit ihrer jeweiligen Anwendung als Gateoxid bzw. DRAM Isolalationsschicht untersucht. Es werden alternative dielektrische Schichten für Speicherkondensatoren diskutiert und Alternativen zum ZrO_2/Al_2O_3/ZrO_2(ZAZ) Schichtstapel untersucht. Neben ZAZ, wurden Schichtstapel mit SrO oder Sc_2O_3Zwischenschicht abgeschieden und strukturell und elektrisch charakterisiert. Weiterhin wurden die abgeschiedenen Schichten hinsichtlich ihres dielektrischen Absorptionsverhalten sowie ihres Durchbruchsverhalten geprüft und verglichen. Ein weiterer Schwerpunkt ist das statische und dynamische Verhalten des zeitabhängigen dielektrischen Durchbruchs. Als Alternative zum DRAM Konzept wird die ferroelektrische Eigenschaft von dotierten HfO_2und dessen Einsatz als ferroelektrischer RAM vorgestellt. Bei diesem Konzept wird das paraelektrische Dielektrikum eines DRAMs durch das ferroelektrische Material ersetzt. Des Weiteren wurde im Rahmen dieser Arbeit HfO_2als hoch-varepsilon_rDielektrikum für Transistoren mit metallischem Gate (HKMG) untersucht. Mittels temperaturabhängigen Leckstrommessungen wird der dominante Leistungsmechanismus untersucht. Wie im vorangegangenen Teil der Arbeit wird das dielektrische Absorptionsverhalten studiert. Auch für HKMG Transistoren wird der zeitabhängige dielektrische Durchbruch bei alternierendem elektrischem Stress und die Rolle von Defekten in Form von Sauerstofffehlstellen beleuchtet.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- Kurzfassung
- Abstract
- Inhaltsverzeichnis
- 1 Einführung
- 1.1 Motivation
- 1.2 Struktur der Arbeit
- 1.3 Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor
- 1.4 Dynamischer RAM
- 2 Grundlagen
- 2.1 Leitungsmechanismen
- 2.2 Oxiddegradationsmechanismen und Modelle des dielektrischen Durchbruchs
- 2.3 Dielektrische Absorption
- 2.4 Materialspezifische Eigenschaften ausgewählter Oxide
- 2.5 Zusammenfassung der Literaturrecherche
- 3 Experimentelle Methoden
- 3.1 Strukturelle Charakterisierung
- 3.2 Elektrische Charakterisierung
- 4 Kondensatoren mit hoch-εr Dielektrikum für dynamische Speicher
- 4.1 Schichtherstellung
- 4.2 Strukturelle Charakterisierung
- 4.3 Elektrische Charakterisierung
- 4.4 HfO2 basierte ferroelektrische Speicherkonzepte
- 4.5 Zusammenfassung DRAM Speicher
- 5 Transistoren mit hoch-εr Gateoxid und Metallelektrode
- 5.1 Probenbeschreibung
- 5.2 Elektrische Charakterisierung
- 5.3 Zusammenfassung HKMG Transistoren
- 6 Zusammenfassung und Ausblick
- Anhang
- A.1 Übersicht der Oxide für die Elemente des Periodensystems
- A.2 Übersicht der Kristallisationstemperatur ausgewählter binärer und ternärer Oxide
- Formelzeichen und Abkürzungen
- Abbildungsverzeichnis
- Literaturverzeichnis
- Publikationsliste
- Danksagung