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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电极的要求。(2)以水基化学溶液沉积法在Si基片上成功制备出致密光滑、低漏导、高击穿场强、高介电常数的钇掺杂氧化铪基薄膜,并以X射线衍射法研究了钇掺杂量和厚度对氧化铪基薄膜相结构的影响。结果表明,钇浓度的增加和薄膜厚度的降低有助于立方氧化铪的形成。通过引入表面能对相变发生的经典热力学条件进行修正,并绘出室温下Hf-Y-O薄膜的厚度-成分相图。理论计算结果和本文的实验值非常吻合,也与Muuller等人和Niinisto等人报导的结果相吻合,从而验证了这一理论的正确性。以XPS法测定了Y doped Hf02/Si结构的价带偏移、禁带宽度和导带偏移,发现其AEv,Eg和△E 与Y的掺杂浓度呈近乎线性的关系。(3)以水基化学溶液沉积法在Si基片上成功制备出致密光滑、低漏导、高击穿场强、高介电常数的Hf1-xZrxO2薄膜,并以X射线衍射法研究了锆浓度和厚度对Hf1-xZrxO2薄膜相结构的影响。结果表明,锆浓度的增加和薄膜厚度的降低有助于四方相的形成。通过引入表面能对相变发生的经典热力学条件进行修正,并绘出室温下Hf-Zr-O薄膜的厚度-成分相图。理论计算结果和本文的实验值非常吻合,验证了这一理论的正确性。以XPS法测定了Hf1-xZrxO2/Si结构的价带偏移、禁带宽度和导带偏移,发现△Ev几乎不因Zr浓度的变化而发生改变,Eg和△Ec随Zr浓度的增加而近乎线性的减小。(4)以逐层晶化的方式成功制得16nm厚的无掺杂四方/立方氧化铪薄膜。随着厚度的进一步增大,单斜相出现,而掺杂1或4 mol%的Y会使四方/立方相重新稳定。该薄膜致密光滑,具有高介电常数、高击穿场强和低漏电流密度。(5)以水基化学溶液沉积法制得一系列HfO2/ZrO2/Si和ZrO2/HfO2/Si双层薄膜,所得薄膜致密光滑,具有较高的介电常数和高击穿场强,漏电流密度较低。实验结果表明,底部/顶部的ZrO2层有助于四方/立方Hf02的形成。利用类外延生长和机械应力的协同作用,以水基化学溶液沉积法成功制得总厚度为50 nm的无掺杂四方/立方Zr02-HfO2多层薄膜。该多层膜致密光滑,具有高介电常数、低漏电流密度和高击穿场强。