氧化铪基纳米薄膜的相变调控及介电特性研究

发布时间：2021-04-17 03:31

　　近年来,氧化铪基薄膜作为最具有代表性的高介电常数材料,被广泛用于各种电子元器件中。研究显示,氧化铪基薄膜的介电性能主要取决于相结构。为了调控薄膜的电学性能,就需要研究氧化铪的相变机制。目前人们只单纯依赖实验以寻找相变所需的掺杂量,这无疑会延长研发周期和提高研发成本。此外,现阶段氧化铪基薄膜的制备方法多为真空法,成本高且不易获得大面积的薄膜。研究用溶液法制备氧化铪基薄膜也是非常必要的。基于上述目的,本文设计一系列不同成分、厚度和多层结构的氧化铪基薄膜,然后用水基化学溶液沉积法加以实现,并系统地研究了薄膜的结构、表面形貌、介电性能和能带结构,对薄膜的相变机理进行了较为深入的讨论。取得的主要研究结果如下:（1）以直流反应磁控溅射法在Si基片上成功制备出致密光滑、电阻率低、厚度在几纳米到几百纳米范围内可调控的TiN薄膜,并系统地研究了薄膜生长过程中微观结构和性能的演变。结果表明,随着厚度的增大,薄膜的表面粗糙度呈现先减小后增大的变化趋势。薄膜的电阻率随厚度的增大而先减小后增大,呈现“U”型曲线关系,电阻率最低可达5.4×10-7 Ω·m。该氮化钛薄膜的优良性能满足其作为氧化铪基薄膜电学测量所需... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：139 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１常压下氧化铪的三种晶体结构：（ａ）立方相，（ｂ）四方相，（ｃ）单斜相??（，红）［５］??

?（ｂ）?（ｃ）??图１．１常压下氧化铪的三种晶体结构：（ａ）立方相，（ｂ）四方相，（ｃ）单斜相??（蓝色代表铪原子，红色代表氧原子）［５］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｒｅｅ?ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?Ｈｆ〇２?ａｔ?ｎｏｒｍａｌ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ：?（ａ）?ｃｕｂｉｃ，?（ｂ）?ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ，??ａｎｄ?（ｃ）?ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ?ｐｈａｓｅｓ?（ｂｌｕｅ?ａｎｄ?ｒｅｄ?ｓｐｈｅｒｅｓ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ?Ｈｆ?ａｎｄ?Ｏ?ａｔｏｍｓ）ｔ５ｌ??常压下晶态氧化铪主要有三个热力学稳定相，分别是立方相（ｃｕｂｉｃ，?ｃ－Ｈｆ〇２）、四??方相（ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ，ｔ－Ｈｆ〇２）和单斜相（ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ，ｍ－Ｈｆ〇２）。图１．１给出三种相的晶胞不??意图［５］。常压下Ｈｆ０２的三种晶体结构随温度变化而发生转变：ｍ－Ｈｆ０２为常温常压稳定相，??空间群为尸２Ａ；当温度升至２０００Ｋ时转变为四方相，空间群为Ｐ４２／ｗｎＣ；当温度升至２９００??Ｋ时转变为具有氟化钙结构的立方相，空间群为当温度升至３０３１?Ｋ时为液态［６］。??立方氧化铪是氧化铪各种晶体结构中最简单的

??效应晶体管（ＦｉｎＦｉｅｌｄ－ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＦｉｎＦＥＴ）的栅介质即为氧化铪基薄膜（如图１．３??所示）。该技术己被用于ｉＰｈｏｎｅ７／７Ｐｌｕｓ手机上。??１．３．２动态随机存储器的电容介质??动态随机存储器（Ｄｙｎａｍｉｃ?Ｒａｎｄｏｍ?Ａｃｃｅｓｓ?Ｍｅｍｏｒｙ，ＤＲＡＭ）作为一种被广泛应用??的存储器，其发展也遵循着摩尔定律。随着器件尺寸的不断减小，必然需要使用新型的??ｈｉｇｈ－灸材料以替代传统的Ｓｉ０２作为ＤＲＡＭ的电容介质。然而由于ＤＲＡＭ的特点，其ｈｉｇｈ－灸??材料的选择标准与ＭＯＳＦＥＴ不尽相同，归纳起来主要由以下几点ＰＡ??（１）

【参考文献】：
期刊论文
[1]解读《中国制造2025》（三）[J].   文体用品与科技. 2016(01)
[2]国务院印发《中国制造2025》[J].   设计. 2015(12)



本文编号：3142724