Integriertes Ionenstrahlätzsystem mit Endpunktdetektion
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ionenstrahlätzen mit Endpunktdetektion ist ein wesentliches Instrument zur Mikrostrukturierung von Modellbauteilen. Da in der Arbeitsgruppe sehr oft Metall-Isolator-Metall- Strukturen für verschiedenste Anwendungen in der Mikroelektronik untersucht werden, ist eine funktionsfähige Mikrostrukturierung unerlässlich. Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit dem Einsatz neuer Materialien in Modellbauelementen der Elektrotechnik. Derzeit sind zum einen resistiv schaltbare Dielektrika für digitalen Speicher und epitaktische durchstimmbare Varaktoren im Fokus der Forschung. Für beide Bauelemente wird die Ionenstrahlätzanlage benötigt, insbesondere mit Endpunktdetektion. Für das resistive random access memory (RRAM) wurde meistens die Materialkombination TiN – HfO2 – Platin verwendet, die untersuchten Bauteile werden dann bis in den unteren Mikrometerbereich strukturiert. Prinzipiell ist hier auch in Zukunft der Einsatz von Nanolithographie mittels Elektronenstrahllithografie denkbar, wobei ebenfalls Ionenstrahlätzen genutzt werden kann. Hierbei konnte durch die Endpunktdetektion festgestellt werden, wann der Ätzvorgang die TiN- Bodenelektrode erreicht hat. Innerhalb der zweiten Thematik wurde das System SrMoO3 – (Ba,Sr)TiO3 – Au/Pt als durchstimmbare Kapazität (Varaktor) im Mikrowellenbereich untersucht. Da hierbei die Topelektrode im Mikrometerbereich ist, die Funktionsschicht aus (Ba,Sr)TiO3 aber nur wenige Nanometer dünn ist, ist eine effektive Endpunktdetektion wichtig. Es sollte bei der Strukturierung nicht tief in die Bodenelektrode geätzt werden, um die Mikrowellenverluste zu minimieren. Die Ionenstrahlätzanlage mit Endpunktdetektion wurde für mehrere größerer Projekte eingesetzt. Die Untersuchungen zum RRAM waren Teil eines transnationalen europäischen Verbundprojektes (PANACHE). Inzwischen konnte ein Nachfolgeprojekt (WAKeMeUP) eingeworben werden, wobei diesmal die gleiche Schichtstruktur, aber mit ferroelektrischem HfO2 im Zentrum steht. Zur Durchführung beider Projekte war und ist eine state-of-the-art Mikrostrukturierung unabdingbar. Der Varaktor wurde im Rahmen eines größeren BMBF-Projekts gefördert, wobei hier der Schwerpunkt auf der Validation des Innovationspotentials lag (VIP+). Zusätzlich wurde beide mehr angewandten Projekte durch reine Grundlagenprojekte der DFG gefördert, in denen die gleiche Mikrostrukturierung zum Einsatz kann. Wichtigste wissenschaftliche Ergebnisse waren das Erstellen eines Modells zur Bildung des resistiven Filaments in HfO2 basierten RRAM-Strukturen als Funktion der Sauerstoffdefizienz und das Wachstum eines vollepitaktsichen Varaktors auf einer neuartigen oxidischen Bodenelektrode (SrMoO3) mit höherer Leitfähigkeit als Platin.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Control of Switching Modes and Conductance Quantization in Oxygen Engineered HfOx based Memristive Devices, Advanced Functional Materials. 27, 1700432
S. U. Sharath et al.
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Impact of oxygen stoichiometry on electroforming and multiple switching modes in TiN/TaOx/Pt based ReRAM, Applied Physics Letters. 109, 173503 (2016)
S. U. Sharath et al.
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Electron holography on HfO2/HfO2−x bilayer structures with multilevel resistive switching properties, Nanotechnology 28, 215702 (2017)
G. Niu et al.
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FIB Based Fabrication of an Operative Pt/HfO2/TiN Device for Resistive Switching inside a Transmission Electron Microscope, Ultramicroscopy 181, 144-149 (2017)
A. Zintler et al.
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Growth and interface engineering in thin-film Ba0.6Sr0.4TiO3/SrMoO3 heterostructures, Journal of Crystal Growth. 463, 134-138 (2017)
A. Radetinac et al.
