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Multifunctional Nanocrystalline Thin Films of Er_2O_3: Interplay between Nucleation Kinetics and Film Characteristics

机译：Er_2O_3多功能纳米晶薄膜：成核动力学与薄膜特性的相互作用

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In this study, thin films of Er_2O_3 are deposited by low-pressure metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) using a tri-s(isopropylcyclopentadienyl)erbium precursor and O_2 on various substrates, including p-type Si(100), Si(111), Corning glass, and c-axis-oriented a-Al_2O_3(0001). The resulting films are extensively characterized in order to demonstrate their applicability as antireflective and protective coatings and as high-A; gate dielectrics. The interplay existing among the substrate, the nucleation kinetics, and the resulting structural, morphological, optical, and electrical properties of Er_2O_3 thin films is explored. Fast nucleation governed by surface energy minimization characterizes the growth of (111)-oriented Er_2O_3 on Si(100), glass, and a-Al_2O_3. Conversely, nonhomogeneous nucleation leads to polycrystalline Er_2O_3 on Si(111) substrates. Er_2O_3 films grown on Si(100) possess superior characteristics. A high refractive index of 2.1 at 589.3 nm, comparable to the value for bulk single crystalline Er_2O_3, a high transparency in the near UV-vis range, and an optical bandgap of 6.5 eV make Er_2O_3 interesting as an antireflective and protective coating. A static dielectric constant of 12-13 and a density of interface traps as low as 4.2 × 10~(10) cm~2 eV~(-1) for 5-10 nm thick Er_2O_3 layers grown on Si(100) render the present Er_2O_3 films interesting also as high-A: dielectrics in complementary metal oxide semiconductor (CMOS) devices.
机译：在这项研究中，通过使用三-（异丙基环戊二烯基）precursor前驱体和O_2的低压金属有机化学气相沉积（MOCVD）沉积Er_2O_3薄膜，这些衬底包括p型Si（100），Si（ 111），康宁玻璃和c轴取向的a-Al_2O_3（0001）。对所得薄膜进行了广泛表征，以证明其可作为抗反射和保护涂层以及高A的适用性。栅极电介质。探索了衬底之间存在的相互作用，成核动力学以及由此产生的Er_2O_3薄膜的结构，形态，光学和电学性质。由表面能最小化控制的快速成核表征了在Si（100），玻璃和a-Al_2O_3上（111）取向的Er_2O_3的生长。相反，非均相成核会导致Si（111）衬底上的多晶Er_2O_3。在Si（100）上生长的Er_2O_3薄膜具有优异的特性。在589.3 nm处具有2.1的高折射率，可与块状单晶Er_2O_3的值相媲美，在接近UV-vis范围内具有高的透明度，以及6.5 eV的光学带隙，使Er_2O_3成为抗反射和保护性涂层非常有趣。 Si（100）上生长的5-10 nm厚Er_2O_3层的静态介电常数12-13和界面陷阱的密度低至4.2×10〜（10）cm〜2 eV〜（-1） Er_2O_3膜也很有趣，也可作为高A：互补金属氧化物半导体（CMOS）器件中的电介质。

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