摻Ag納米微粒HfAlOx薄膜的電存儲特性與磁各向異性.pdf

1、基于層狀鑲嵌金屬納米微粒的高介電常數(shù)薄膜MOS電容器結構的納米懸浮式柵極非易失性存儲器件(NFG-NVM)是當今研究正熱的一種新型快閃存儲器件。本文利用磁控濺射方法在Si83Ge17/Si(100)壓應變襯底成功制備了以Ag納米微粒為電荷存儲單元，以HfAlOx薄膜為柵控/隧穿層的三層電容器結構，研究了其微結構，介電性能，電荷存儲特性和薄膜的納米磁各向異性。
　　 利用XPS，SEM，HRTEM和XRD觀測了薄膜樣品的成分與微觀

2、結構。觀測分析結果表明:沉積制備的HfAlOx薄膜存在一定程度的氧配比不足，襯底與薄膜之間存在厚約2nm的富含Ge原子的HfSiOx與HfSix混合界面層;制備的Ag納米微粒未被氧化，粒徑分布為4～8nm，面密度約為～5.7×1012/cm2。利用Agilent4294A高精密阻抗分析儀和Keithley-2400數(shù)字萬用表表征了其電荷存儲特性。摻Ag納米微粒后，HfAlOx薄膜介電常數(shù)從18.6提高為30.5@1MHz;介電損耗從0.

3、125降低至0.048@5MHz;漏電流密度從5.0×10-2A/cm2降低至2.13×10-5A/cm2。而且，摻Ag納米微粒的HfAlOx薄膜樣品的電容-電壓曲線具有平帶電壓差約為2V的逆時針C-V滯后回線，對應存儲電荷密度～1.39×1013cm-2，但遺憾的是經(jīng)過105s持續(xù)電場應力作用下后，只有約54％的存儲電荷保存了下來。
　　 這是因為氧配比不足的HfSiOx柵控/隧穿層中存在氧空位等缺陷使得電子在電場作用下更容易

4、發(fā)生F-P隧穿，從而導致存儲電荷部分流失。
　　 本文還研究了HfAlOx薄膜中缺陷導致的弱鐵磁性及其磁各向異性，利用振動樣品磁強計(VSM)測量了沉積在不同襯底上，在不同氛圍/溫度退火后HfAlOx薄膜的室溫磁化曲線。對比研究結果表明:室溫沉積在藍寶石襯底上的HfAlOx薄膜飽和磁矩最大，p-Si83Ge17/Si(100)襯底上薄膜樣品次之，p-Si(100)襯底上薄膜樣品飽和磁矩最小。HfAlOx薄膜飽和磁矩具有明顯的磁各

5、向異性，且磁矩各向異性隨退火溫度變化明顯:低于600℃退火，磁場平行膜面時的飽和磁矩M∥大于磁場垂直膜面時的飽和磁矩M⊥，即M∥＞M⊥;600℃退火后，薄膜開始分離析出非晶HfOx＜2微區(qū)的析出導致薄膜磁各向異性發(fā)生翻轉，即M⊥＞M∥;900℃退火后，析出的非晶HfOx＜2微區(qū)逐漸結晶形成正交相的HfO2，導致薄膜磁各向異性最大;1000℃退火后，正交相HfO轉變成為單斜相HfOx，薄膜磁各向異性消失，即M⊥≈M∥.HfAlOx薄膜中的