液态淀积法制备氧化铪薄膜

采用成本低廉、操作简单的液态淀积法成功制备了HfO_(2)薄膜,分析了液态淀积法制备氧化铪薄膜的反应机理,测试了薄膜的表面形貌、组成成分,以及光学特性和电学性能。结果表明:液态淀积法制备的氧化铪薄膜结构致密且连续,化学组分纯正;经过500℃退火后,氧化铪薄膜的透光率在92%以上;以40 nm氧化铪为电介质制成平板电容后,当电压为1 V时漏电流密度是3.56×10^(-7)A/cm^(2);1 MHz频率下的电容值为1.05 nF,经计算得出介电常数为18.9。液态淀积法制备氧化铪薄膜的成功,为使用氧化铪薄膜作为Micro LED器件的侧壁钝化层提供了一种成本低廉、工艺简便的方法。

离子束辅助沉积铪薄膜晶粒的择优取向

采用离子束辅助沉积方法 (IBAD)在Si(111)衬底上沉积了铪薄膜。实验发现 :在铪膜生长时 ,轰击铪膜的Ar+ 离子的能量、入射角度和束流密度对薄膜的晶粒取向有很大的影响。当Ar+ 离子的能量为 5 0 0eV、入射角为 75°、束流密度为 0 .9A/m2 时 ,铪膜为 (110 )择优取向。当束流密度大于 1.2A/m2 时 ,铪膜以 (0 0 2 )、(10 0 )混合晶向为主 ,而与Ar+ 离子的入射角度无关。讨论了铪膜晶粒取向的转变机制 ,认为铪膜晶粒的择优取向 ,不是单纯地取决于基于沟道效应的溅射机制 ,或取决于基于能量极小原理的表面能最小或表面应力最小的面生长较快的机制 ,而是影响薄膜生长的各种因素互相竞争、共同作用 ,在非平衡态条件下表面能极小化的结果。

离子束辅助沉积二氧化铪薄膜紫外光学特性研究

利用离子束辅助沉积方法制备单层二氧化铪薄膜,对薄膜样品的折射率、吸收特性进行了研究。实验结果表明,薄膜特性与制备工艺参数有着密切的关系,沉积速率、烘烤温度、离子束流、氧气流量均对单层二氧化铪薄膜紫外光学特性有着不同程度的影响。实验分析了不同工艺因素对单层二氧化铪薄膜的影响,并且找到了在一定范围内的最佳工艺参数。针对可能对紫外波段造成较大散射吸收损耗的微观表面形貌,利用SEM分析了典型工艺因素对表面形貌的影响。

MOCVD制备的氮化铪薄膜结构特性研究

以热氧化的p型硅(SiO2/Si)为衬底,运用金属有机化学气相淀积(MOCVD)技术以铪基金属有机源和高纯氨为反应气体在其上淀积HfNx薄膜样品。薄膜结构信息用RBS技术、XRD技术及X射线反射率(XRR)计等来表征。实验结果表明,HfNx薄膜中N与Hf原子组分比为1.15;薄膜为多晶薄膜且沿(111)方向择优生长;薄膜表面平整,与衬底界面粗糙度小。

金掺杂氧化铪薄膜的电阻转变性能研究

采用射频磁控溅射法在ITO基底上制备了Hf O2和Hf O2:Au薄膜,并对Cu/Hf O2/ITO和Cu/Hf O2:Au/ITO三明治结构进行了电阻转变性能测试。结果表明:两者均展现出可逆双极电阻转变性能,但Cu/Hf O2:Au/ITO器件的SET电压较小,电压分布更加集中并且性能更稳定。通过对器件双对数I-V曲线拟合分析,发现其电阻转变机制为空间电荷限制电流效应。金的掺入增加了薄膜中的缺陷,提高了基于氧空位的导电通道的均一性,从而优化了器件的电阻转变性能。

离子束技术对氧化铪薄膜性能的影响

在基底清洗、薄膜沉积和薄膜后处理三个阶段均采用离子束技术,制备了氧化铪薄膜,并对薄膜的光学性能、表面特性和激光损伤阈值特性进行测试和研究。结果表明,利用离子束技术清洗基底可以增强表面吸附;离子束辅助沉积在合适离子束能量下可以得到高堆积密度、高损伤阈值的薄膜;离子束后处理氧化铪薄膜可以降低表面粗糙度,改善抗激光损伤阈值。说明在三个薄膜制备阶段同时采用合适的离子束参数可以制备出结构致密、阈值高、表面粗糙度好的氧化铪薄膜。

基于氧化铪薄膜的石墨烯场效应管太赫兹波调制器

太赫兹波调制器是太赫兹通信系统中的关键功能器件之一,对于推进太赫兹通信技术的发展有着重要意义,是太赫兹研究领域的热点之一。本文通过原子层沉积系统在硅基片上制备高k栅介质材料氧化铪,之后转移石墨烯薄膜至介质层之上,通过磁控溅射制备电极,组成石墨烯场效应晶体管。该结构通过栅压控制石墨烯薄膜中载流子浓度,由此改变太赫兹波的透射率,达到调制太赫兹波的目的。

掺杂氧化铪基薄膜铁电性能的研究进展

铁电薄膜的研究多集中于钙钛矿结构材料,然而,这些传统的铁电材料存在与硅Si兼容性差、含铅而污染环境、物理厚度大、电阻低、带隙小等问题。不同的掺杂剂,如Si、Zr、Al、Y、Gd、Sr和La可以在HfO_(2)薄膜中诱导铁电或反铁电性,使其剩余极化率达到45µC·cm-2,矫顽力(1~2 MV·cm^(-1))比传统铁电薄膜大约1个数量级。同时,HfO_(2)薄膜厚度可以非常薄(低于10 nm),并具有很大的带隙(约5 eV)。这些优于传统铁电材料的特质可以克服包括铁电场效应晶体管和三维电容传统铁电材料等在薄膜存储器应用中的障碍。除此之外,反铁电薄膜的热电耦合性将有望用于能量收集、存储、固态冷却和红外传感器等多种应用中。HfO_(2)掺杂薄膜可以通过不同的沉积技术如ALD、溅射和CSD来制备,其中ALD技术沉积的薄膜优势更加明显。本文综述了近年来掺杂HfO_(2)薄膜材料铁电性和反铁电性的研究进展,详细介绍了不同掺杂元素、薄膜厚度、晶粒尺寸、电极、退火及应力等对薄膜铁电性的影响。

离子束溅射氧化铪薄膜的能带特性

氧化铪是高激光损伤阈值薄膜领域内一种重要的高折射率材料,其禁带宽度和Urbach带尾宽度直接影响到薄膜的吸收和激光损伤阈值。针对离子束溅射沉积法制备的氧化铪薄膜,以基板温度、离子束电压、离子束电流和氧气流量为主要制备参数,提出了基于正交实验的光学带隙调整方法,并采用Cody-Lorentz介电常数模型表征了薄膜的禁带宽度和带尾宽度。研究结果表明,当置信概率为90%时,在影响氧化铪薄膜禁带宽度的制备因素中,影响权重从大到小依次为基板温度、离子束电流和氧气流量,采用低基板温度、中等离子束电流和低氧气流量制备参数组合,可以获得高禁带宽度的氧化铪薄膜;对带尾宽度影响最大的制备参数是基板温度,其他参数影响不显著,在高基板温度下可以获得较低的带尾宽度,这表明氧化铪薄膜的无序度较低。

衬底偏压对反应磁控共溅射Y:HfO_(2)薄膜电学性能的影响

作为微电子器件中最具发展前景的高介电薄膜材料,HfO_(2)薄膜得到了学者们的广泛研究。低漏电流是HfO_(2)薄膜使器件获得优良性能的前提,但易受晶粒尺寸、氧空位和粗糙度等因素影响。针对反应磁控溅射所得薄膜表面粗糙度高及漏电流密度大等缺点,本文在溅射过程中通过在衬底施加偏压的方法降低了HfO_(2)薄膜的漏电流密度。结果表明:通过在衬底施加适当的偏压使得Y掺杂HfO_(2)(Y∶HfO_(2))薄膜的漏电流密度降低到8×10-8 A/cm^(2)。漏电流密度的变化与薄膜粗糙度和晶粒尺寸有关,而薄膜粗糙度和晶粒尺寸主要受衬底偏压的影响,但衬底偏压对薄膜物相的影响可以忽略。通过施加衬底偏压,利用反应磁控溅射方法制备了低漏电流和高k值Y∶HfO_(2)薄膜,可为高性能器件的制备提供基础。

化学气相沉积生长氧化铪薄膜研究进展

氧化铪薄膜具有高介电常数、大击穿场强、高热稳定性、高力学强度等优势,是新一代高集成芯片中的理想介质材料。本文总结了氧化铪薄膜的主要特性、制备技术及在芯片介质层中的应用。针对芯片介质层的电、热、力学性能与生产要求,以氧化铪薄膜制备技术的发展历程为主线,重点介绍各类化学气相沉积方法的特点与典型研究成果,讨论了氧化铪薄膜制备技术存在的问题,并对该领域未来的发展趋势进行了展望。

钛铪酸钡薄膜的制备与形貌

溶胶-凝胶工艺在(100)Pt/Ti/SiO_2/Si基片上制备了BaHf_xTi_(1-x)O_3(x=0.005,0.01,0.02)薄膜。通过X射线衍射仪、拉曼光谱对薄膜微观结构进行了测试,采用APEX型多功能力学测试系统的3D显微镜模块和SEM对薄膜表面粗糙和厚度进行了表征。结果表明:薄膜中Hf4+进入BaTiO_3晶格中,且BaHf_xTi_(1-x)O_3具有明显的(200)取向,当x=0.005时取向度最大(1.94),晶粒尺寸最小(21.34 nm);薄膜拉曼光谱发现随Hf4+含量的增加BaHf_xTi_(1-x)O_3薄膜各光学声子模对应的拉曼振动模式峰都发生了蓝移,显示出四方相的特征谱,四方相的程度随Hf含量的增大而减弱;所有薄膜表面较平整,均方根粗糙度(RMS)在21~26 nm之间。

制备工艺条件对HfO_2薄膜结构和性能的影响

用电子束蒸发、离子束辅助、反应磁控溅射三种方法在石英衬底上制备了氧化铪薄膜。利用掠角X射线衍射和扫描电镜分析了不同制备工艺条件下氧化铪薄膜的晶体结构和显微结构,用紫外-可见分光光度计、椭偏仪、和纳米硬度计分别测试了不同制备工艺条件下氧化铪薄膜的可见透射光谱、光学常数和硬度。结果表明薄膜的晶体结构、显微结构、光学性能和硬度等都与制备工艺有着密切的关系,电子束蒸发制备的薄膜为非晶相,而离子束辅助和反应磁控溅射制备的薄膜为多晶相,三种方法制备的氧化铪薄膜都为柱状结构,电子束蒸发和离子束辅助制备的薄膜色散严重,但反应磁控溅射制备的薄膜吸收较大,反应磁控溅射制备薄膜的硬度远大于电子束蒸发和离子束辅助制备薄膜的硬度。并分别用薄膜成核长大热力学原理和薄膜结构区域模型解释了不同工艺条件下氧化铪薄膜晶体结构和显微结构不同的原因。

硫化锌衬底上氧化铪保护膜制备及性能研究

采用磁控溅射法在硫化锌衬底上制备了氧化铪薄膜,并对氧化铪薄膜的结构和性能进行了分析和测试.结果表明,制备的氧化铪薄膜结构为单斜相,膜层致密,在8～12 μm波段对硫化锌衬底的透过率没有明显影响,硬度显著高于衬底的硬度,且与衬底结合良好,适合用作硫化锌的红外保护膜.

双离子束溅射沉积HfO_2光学薄膜的研究

用双离子束溅射沉积氧化铪光学薄膜,并对此工艺下制备的氧化铪薄膜进行了光学性质、残余应力、结构特性以及激光损伤特性的研究。实验结果表明,用双离子束溅射沉积的氧化铪薄膜不仅结构均匀,膜层致密,无定形结构,而且具有极低的散射和吸收,均匀的非晶结构,杂质缺陷少,激光损伤阈值高。

氧分压对HfO_xN_y薄膜结构和光学性能的影响

用磁控反应溅射法在不同氧分压下制备了氮氧化铪薄膜。沉积过程在氧气、氮气和氩气的气氛中进行，衬底为多光谱ZnS，沉积温度为室温。用X射线衍射、扫描电镜、原子力显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见分光光度计等分别研究了不同氧分压下HfOxNy薄膜的晶体结构、显微结构、光学性能等。XRD分析表明随着氧分压的降低，薄膜的晶体结构由氧化铪转变为氮氧化铪相；SEM和AFM分析表明不同氧分压下沉积的薄膜都为柱状结构，氧分压较低时薄膜表面粗糙度较大；镀膜之后，在0．35～2μm范围内，薄膜的透过率变化有显著差异，在2～12μm波段，薄膜透过率和未镀膜衬底透过率相当，变化不明显。

超薄HfO_2高K栅介质薄膜的软击穿特性

研究了高K(高介电常数)栅介质HfO2薄膜的制备工艺,制备了有效氧化层厚度为2.9nm的超薄MOS电容。当栅氧化层很薄时会发生软击穿现象,软击穿和通常的硬击穿是不同的现象。分别利用在栅介质上加恒流应力和恒压应力两种方法研究了HfO2薄膜的击穿特性,实验结果表明,在两种应力方式下HfO2栅介质均发生了软击穿现象,软击穿和硬击穿的机理不同。

沉积方式对HfO_2薄膜激光损伤阈值的影响

分别采用电子束蒸镀、离子束辅助沉积、离子束反应辅助沉积、双离子束溅射技术制备了二氧化铪薄膜,研究了薄膜的光学特性、缺陷、残余应力、弱吸收和抗激光损伤阈值.发现离子束反应辅助沉积的二氧化铪薄膜具有低的缺陷密度和高的损伤阈值;双离子束溅射的二氧化铪薄膜具有高的折射率、高的残余应力和低的损伤阈值.对二氧化铪薄膜的损伤阈值与上述特性之间的依赖关系进行了讨论,发现残余应力是影响薄膜抗激光损伤阈值的一个重要原因.

厚度对Cu/HfO_(2)/ITO器件阻变特性的影响

采用直流磁控溅射方法,通过调节溅射时间研究二氧化铪(HfO_(2))功能层的厚度对Cu/HfO_(2)/ITO器件阻变性能的影响。利用X射线衍射技术测试了所制备的HfO_(2)薄膜的晶体结构,实验结果表明,随着厚度的增加,HfO_(2)薄膜的衍射峰的强度增加。利用X射线光电子能谱对12 nm厚的HfO_(2)薄膜进行了成分和价态分析,证实所制备的HfO_(2)薄膜中的Hf为+4价。通过对Cu/HfO_(2)/ITO器件进行I-V特性测试,发现3种功能层厚度不同的Cu/HfO_(2)/ITO器件都属于双极转变,且都需无进行初始化操作;对Cu/HfO_(2)/ITO器件进行循环耐受性测试,器件经过60次循环后仍能保持良好的开关特性;对Cu/HfO_(2)/ITO器件的稳定性进行分析,随着厚度的增加,RHRS与RLRS的离散系数增加,器件的稳定性降低,功能层厚度约为12 nm的Cu/HfO_(2)/ITO器件稳定性最佳。对功能层厚度约为12 nm的Cu/HfO_(2)/ITO器件的I-V曲线进行双对数拟合,拟合结果表明,器件在低电阻状态(LRS)时符合欧姆传导机制,在高电阻状态(HRS)时符合空间电荷限制电流传导机制。通过设置功能层厚度约为12 nm的Cu/HfO_(2)/ITO器件的SET限制电流,表明器件具有多值存储的应用潜力。研究结果表明,通过调整功能层HfO_(2)厚度有利于提高Cu/HfO_(2)/ITO的阻变性能。