Growth of High Permittivity Dielectrics by High Pressure Sputtering from Metallic Targets

این پایان نامه ساخت سازه های فلزی-عایق-نیمه هادی (MIS) را با استفاده از دی الکتریک های با گذردهی بسیار بالا (بر اساس خاک های کمیاب) که توسط کندوپاش پرفشار از اهداف فلزی رشد می کند، توصیف می کند. این امکان را نشان می دهد که مواد با گذردهی بالا (GdScO3) با استفاده از کندوپاش با فشار بالا از اهداف فلزی با استفاده از اکسیداسیون پلاسما درجا بر روی بسترهای Si و فسفات ایندیم (InP). مزیت این سیستم فشار کاری بالا است که باعث می شود ذرات قبل از رسیدن به زیرلایه در یک فرآیند انتشار خالص، تحت برخوردهای متعدد قرار گرفته و گرما شوند و در نتیجه سطح نیمه هادی را از آسیب محافظت می کند. این کار یک ساخت منحصر به فرد با استفاده از اهداف فلزی و شامل یک فرآیند رسوب گذاری دو مرحله ای ارائه می دهد: یک فیلم فلزی نازک در یک جو Ar پراکنده می شود و این فیلم سپس پلاسما در محل اکسید می شود. همچنین ساخت GdScO3 روی Si با مقدار گذردهی بالای 30 از اهداف فلزی Gd و Sc را نشان می‌دهد. از آنجایی که امکان کندوپاش همزمان وجود نداشت، یک نانولامینیت از این مواد رسوب و آنیل شد. خواص الکتریکی این دستگاه‌ها نشان می‌دهد که این ماده از نقطه نظر یکپارچه‌سازی میکروالکترونیک بسیار جالب است.

This thesis describes the fabrication of metal-insulator-semiconductor (MIS) structures using very high permittivity dielectrics (based on rare earths) grown by high-pressure sputtering from metallic targets. It demonstrates the possibility of depositing high permittivity materials (GdScO3) by means of high pressure sputtering from metallic targets using in situ plasma oxidation on Si and indium phosphate (InP) substrates. The advantage of this system is the high working pressure, which causes the particles to undergo multiple collisions and become thermalized before reaching the substrate in a pure diffusion process, thus protecting the semiconductor surface from damage. This work presents a unique fabrication using metallic targets and involving a two-step deposition process: a thin metallic film is sputtered in an Ar atmosphere and this film is then plasma oxidized in situ. It also demonstrates the fabrication of GdScO3 on Si with a permittivity value above 30 from metallic Gd and Sc targets. Since co-sputtering was not possible, a nanolaminate of these materials was deposited and annealed. The electrical properties of these devices show that the material is highly interesting from a microelectronic integration standpoint.