Rare Earth Oxide Thin Films

cover.jpg......Page 1
front-matter.pdf......Page 2
Introduction......Page 14
Thermodynamical Stability......Page 15
Band Structure and Band Offsets......Page 16
Dielectric Constant --......Page 20
Effects of the Monotonously Changing Properties: The Ionic Radii......Page 21
Summary......Page 22
References......Page 23
Index......Page 26
Atomic Layer Deposition of Rare Earth Oxides......Page 28
Principles of ALD......Page 29
Binary RE-Oxide Thin Films by ALD......Page 30
Oxygen-Coordinated Precursors......Page 32
Carbon-Coordinated Precursors......Page 34
Nitrogen-Coordinated Precursors......Page 36
Multi-Component RE-Containing Oxide Thin Films......Page 37
Multi-Component Oxides Containing One RE Metal......Page 38
Multi-Component Oxides Containing Two REs......Page 39
Concluding Remarks......Page 40
References......Page 41
Index......Page 45
Introduction......Page 46
MOCVD Precursors......Page 48
Praseodymium -Diketonate Precursors: Pr(hfa)3•Diglymeand Pr(tmhd)3 Complexes......Page 49
Film Growth from Pr(tmhd)3......Page 51
Characterization of the Film/Substrate Interface......Page 53
Electrical Characterization......Page 55
Film Growth from Pr(hfa)3•Diglyme......Page 56
MOCVD Growth of Mixed Pr/Al Oxide Films......Page 57
Summary......Page 59
References......Page 60
Index......Page 64
Introduction to Rare Earth Chemistry......Page 65
Making Rare Earth Complexes Volatile......Page 67
Chemical Requirements of Precursors for MOCVD......Page 75
Chemical Requirements of Precursors for ALD......Page 77
References......Page 80
Index......Page 84
Introduction......Page 85
Suitability of Electronic Structure Theory......Page 86
Atomic-Scale Models......Page 87
Reaction Steps in ALD......Page 88
Analytical Models for ALD Film Growth......Page 91
Continuum Models for Gas Transport......Page 93
Conclusion......Page 95
References......Page 96
Index......Page 98
Introduction......Page 99
Conceptional Basis for ALD Depositionof Complex Stoichiometries......Page 100
The Model System......Page 101
Deposition of Ternary Compounds......Page 102
Deposition of Quaternary Compounds......Page 106
Conclusions......Page 107
References......Page 108
Index......Page 111
Introduction......Page 113
Epitaxial Metal Oxides on Silicon......Page 115
Experimental......Page 117
Epitaxial Growth on Si(100)......Page 118
Interface Stability......Page 119
Outlook......Page 124
References......Page 125
Index......Page 126
Introduction......Page 127
Pulsed Laser Deposition......Page 129
Epitaxial Films......Page 130
Amorphous Films......Page 134
Conclusions......Page 136
References......Page 137
Index......Page 138
Introduction......Page 139
Experimental......Page 140
Lu2O3......Page 142
Yb2O3......Page 144
Lu Silicate Layers on Si......Page 145
Ultrathin Lu2O3 and Yb2O3 Layers on Si(100)......Page 147
Ultrathin Lu2O3 on Ge(100)......Page 151
Conclusions......Page 152
References......Page 153
Index......Page 154
X-Ray Absorption Spectroscopy in the Studyof Rare Earth Oxides......Page 155
Case Studies: Y2O3 and Lu2O3 on  Si\"3222378 (001)......Page 158
References......Page 162
Index......Page 164
Introduction......Page 165
State of the Art......Page 166
Thickness Measurement......Page 167
Lattice Images......Page 168
EELS Analysis......Page 170
Sample Preparation......Page 173
Conventional TEM......Page 174
Lattice Imaging......Page 175
EFTEM-EELS......Page 176
Fine Structure of Reference Samples......Page 177
Si/Lu2O3 Stacks......Page 179
References......Page 184
Index......Page 188
Introduction......Page 190
Spectroscopic Studies......Page 193
Kinetics of Interfacial Changes at the Interface Bondingand Defect Levels......Page 196
Bond Constraint Theory and the SiOx Bonding Changes......Page 197
Self-Organization Transition at Si--SiO2 Interfaces......Page 199
BCT and Internal Dielectric Interfaces......Page 201
Interfacial Relaxation and Phase Diagrams......Page 202
Defects in High-k Gate Stacks......Page 205
Narrowing the Field of High-k Dielectrics......Page 207
References......Page 210
Index......Page 213
Introduction......Page 214
Experimental Methods......Page 217
Structural Characterization......Page 219
Electrical Characteristics and Interface Defects......Page 220
Structural Characterization......Page 225
Electrical Characteristics and Interface Defects......Page 226
Conclusions......Page 229
References......Page 230
Index......Page 234
Introduction and Theoretical Tools......Page 235
Linear Response Theory and Dielectric Properties......Page 236
Sesquioxides......Page 239
Lutetia, Lanthana, and the Hex--Bix Differences......Page 240
Aluminates......Page 245
Crystalline  LaAlO3\"3222378......Page 246
Conservation of High  in Amorphous  Ln\"3222378 -Aluminates?......Page 248
Dielectric Enhancement in Aluminate Alloys......Page 251
Conclusions......Page 252
References......Page 253
Index......Page 256
Theoretical Approach......Page 257
Trap Assisted Tunneling Centers......Page 259
Fixed Charges......Page 260
Native Defects in  Pr2O3\"3222378......Page 261
Selected Native Defects in  PrO2\"3222378......Page 263
Selected Native Defects in  PrO1.75+\"3222378......Page 264
Selected Native Defects in  Pr2Si2O7\"3222378......Page 265
Selected Native Defects in  SiO2\"3222378......Page 268
Moisture......Page 270
Silicon......Page 271
Boron......Page 274
Summary and Conclusions......Page 275
References......Page 276
Index......Page 277
Introduction......Page 279
Internal Photoemission......Page 280
X-Ray Photoelectron Spectroscopy......Page 282
Experimental......Page 284
Results and Discussion......Page 285
Conclusions......Page 289
References......Page 290
Index......Page 293
Introduction......Page 294
Experimental Results and Discussion:TM Elemental Oxides......Page 296
Experimental Results: TM/RE Complex Oxides......Page 304
Experimental Results: Intrinsic Defect States......Page 310
Experimental Results:  Zr\"3222378  Silicate and  Si\"3222378  Oxynitride Alloys......Page 313
Conclusions......Page 316
References......Page 319
Index......Page 320
Introduction......Page 321
Bulk Electronic Structure......Page 323
Band Offsets......Page 327
Explicit Calculations......Page 332
References......Page 334
Index......Page 337
Introduction......Page 338
SIC-LSD Formalism......Page 339
Rare Earth Dioxides......Page 341
Sesquioxides......Page 343
Conclusions......Page 348
References......Page 349
Index......Page 350
Rare Earth Oxides in Microelectronics......Page 351
Introduction......Page 352
Issues in High- Materials......Page 353
Short Channel Effect Enhancement......Page 354
Hygroscopic Properties of Rare Earth Oxide Materials......Page 355
La2O3 Deposition......Page 358
Electrical Properties of La2O3 MIS Capacitors......Page 360
Conduction Mechanisms of La2O3 MISCAP......Page 362
Electrical Properties of MISFET with La2O3 Gate Insulator......Page 363
Low Noise Frequency Measurement......Page 366
Interfacial Layer Suppression......Page 367
Conclusions......Page 368
References......Page 369
Index......Page 371
Introduction......Page 372
General Properties of Metal Oxides......Page 374
Technological Requirements for Novel Gate Dielectrics......Page 378
References......Page 380
Index......Page 382
Introduction......Page 383
Substrate Cleaning and Thin Film Preparation Methodology......Page 385
Lanthanum-Based Compounds on Silicon Substrates......Page 386
Ceria on Germanium and  GaAs\"3222378  Substrates......Page 389
Summary and Future Outlook......Page 391
References......Page 392
Index......Page 394
Introduction......Page 395
 ABO3\"3222378  Perovskites......Page 396
 AMnO3\"3222378  Hexagonal Manganites......Page 398
Novel Mechanisms......Page 400
References......Page 401
Index......Page 403
Introduction......Page 404
Rare-Earth-Doped Sesquioxide Lasers......Page 406
Thin Film Preparation......Page 408
Pulsed Laser Deposition......Page 410
Electron Beam Evaporation......Page 411
Atomic Force Microscopy......Page 412
X-Ray Diffraction......Page 414
Surface X-Ray Diffraction......Page 416
Optical Spectroscopy......Page 417
Temporal Luminescence Characteristics......Page 420
Waveguides......Page 421
Summary......Page 422
References......Page 423
Index......Page 425
Index......Page 426