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【6h】

原位同步辐射X射线光电子能谱研究高k电介质薄膜层的电子结构

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目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 薄膜材料简介

1.3 研究背景和研究现状

第二章 薄膜制备和实验设备、技术方法介绍

2.1薄膜制备方法

2.2 设备、技术方法和同步辐射介绍

2.3实验方案

2.4 实验测量到的谱图

第三章 不同势垒层Al2O3厚度对Er2O3//Si界面电子结构的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

第四章 不同退火温度对Er2O3/Al2O3/Si界面电子结构的影响

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

第五章 La2O3/LaAlO3/Si界面电子结构的研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 结论

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 存在的问题和展望

参考文献

硕士期间发表论文

致谢

声明

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摘要

在超高真空条件下,利用脉冲激光沉积技术在衬底为300℃的硅片上面沉积不同厚度的Er2O3、La2O3、Al2O3、LaAlO3高电介质薄膜,制成不同体系的多层薄膜结构。在原位条件下,利用同步辐射光电子能谱研究了在氧气中,不同退火温度下,硅与高k氧化物界面层的电子结构。
  在Er2O3/Al2O3/Si多层薄膜结构中,Al2O3作为势垒层,XPS研究了Er2O3与Si的界面电子层结构:无论是在相同势垒层的厚度,不同退火温度下,还是在相同退火温度,不同势垒层厚度下,Al2O3中Al的2p峰在低、高温退火前后没有变化;Er4d峰来自于硅酸铒中的铒,并非全是本征氧化铒薄膜中的铒。衬底硅的芯能级峰在沉积Al2O3时没有变化,但在沉积Er2O3薄膜时和退火过程中,有硅化物生成,而且同一温度下,随着Al2O3厚度的增加,其硅化物中硅的峰强减弱,含量减少,说明势垒层起到了很好的阻挡扩散的作用。这就表明Al2O3从沉积到退火,不参与任何反应,与Si界面很稳定;但在沉积Er2O3或者在退火过程中,它就会与通过势垒层的间隙式扩散硅反应,形成硅酸盐,其与硅的界面不太稳定。
  在La2O3/LaAlO3/Si多层膜结构中,XPS研究了LaAlO3作为势垒层的La2O3与Si的界面电子结构。结果显示,LaAlO3中Al的2p峰在沉积和退火前后没有变化;衬底硅的芯能级峰在沉积LaAlO3时没有变化,但在沉积La2O3薄膜和退火过程中,硅峰变弱;O的1s芯能级的峰由多种不用的氧化物薄膜层和反应物中的氧杂化而成。结果表明:LaAlO3从沉积到退火当中,不参与任何反应,Si与LaAlO3界面相当稳定;在体系中,阻挡层LaAlO3起到阻挡硅扩散的作用,进一步表明La2O3与硅的界面不太稳定。
  比较两种结构,其热稳定性随着势垒层厚度的增加而增加,在等效氧化层厚度不变的情况下,其物理厚度就会沉积的越厚,即减小了漏电流,又提高了器件的稳定性。

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