釔摻雜氧化鉿薄膜的溶膠-凝膠制備工藝及性能研究.pdf

1、隨著半導體工業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)SiO2材料已越來越不能適應MOS器件對柵極材料的要求，而HfO2基薄膜憑借其高的介電常數(shù)(high-k)、較寬的帶隙等優(yōu)點已成為研究熱點，并已被廣泛地應用于半導體工業(yè)中代替SiO2作為柵介質(zhì)材料。近年來的研究表明，對HfO2納米薄膜摻雜適量的元素（Al、Si、Y等）能觀察到顯著的鐵電性，且相比于傳統(tǒng)的鈣鈦礦結(jié)構基鐵電材料，HfO2基薄膜與硅基半導體有良好的兼容性，使其能被制造為速度快、功耗低的非易失性鐵電

2、存儲器。
　　本論文研究釔摻雜氧化鉿薄膜的溶膠-凝膠制備工藝及其性能，主要分析釔元素和薄膜的厚度對氧化鉿薄膜相變影響及對薄膜電學性能影響。實驗中，使用熱重分析(TGA)和差示掃描量熱法(DSC)分析溶膠在加熱時的分解情況;使用X射線反射率測量(XRR)對薄膜的厚度進行測量，并分析其密度和表面粗糙度;利用X射線光電子能譜(XPS)分析薄膜中各元素的含量、比例及原子結(jié)合方式;利用掠入射X射線衍射(GIXRD)對薄膜進行微觀結(jié)構分析;最

3、后用鐵電測試儀測量薄膜極化曲線和漏電流，以分析薄膜的介電常數(shù)和薄膜的質(zhì)量。
　　結(jié)果表明，溶膠-凝膠法制備的12.9 nm厚的薄膜，Y摻雜量在1.75 mol％時是相變臨界轉(zhuǎn)變點，Y摻雜量少于臨界轉(zhuǎn)變點時薄膜為單斜相，高于臨界點薄膜變?yōu)榱⒎较?，Y摻雜量為1.75 mol％左右時為兩相共存。2.50 mol％Y摻雜量的薄膜相變存在臨界轉(zhuǎn)變厚度，該厚度為18.4 nm左右，低于此厚度薄膜為立方相，高于此厚度薄膜為單斜相。這說明，在薄膜

4、很薄的情況下（達到納米量級）只需少量的Y摻雜量，即引入少量的氧空位，就能與表面能的共同作用在室溫下穩(wěn)定立方相。薄膜中的鍵結(jié)合方式是Hf-O鍵和Y-O鍵，同時證明，薄膜中Y的理論含量與實際含量幾乎一致。通過不同鍍膜周期制備的釔摻雜的氧化鉿薄膜的電學性能優(yōu)于通過濃縮或稀釋改變?nèi)苣z濃度制備的薄膜;薄膜不同晶體結(jié)構會得到不同的介電常數(shù);使用不同鍍膜周期制備的薄膜在場強1MV/cm下漏電流密度在10-6，10-7 A/cm2數(shù)量級，表明獲得了高質(zhì)