Innovative Metall - Isolator - Metall Strukturen mit massgeschneiderten dielektrischen Eigenschaften durch gezielte Kationensubstitution
Final Report Abstract
Ergebnis 1: Es ist moeglich, durch gezielte Kationensubstitution im Al2O3 Wirtsgitter mittels isovalenter Seltenerdkationen einphasige Seltenerdaluminate herzustellen, die im amorphen Zustand eine um den Faktor zwei bis drei gesteigerte Dielektrizitaetskonste k aufweisen. Dies ist moeglich unter Erhalt der guten isolierenden Eigenschaften des Al2O3 mit seiner grossen Bandluecke. Interessante Unterschiede ergaben sich in der Ausbildung von parasitaeren Tiefk Grenzflaechenschichten mit der Metallelektrode TiN, die fuer Pr-Aluminate massiv auftreten, aber im Falle von Ce-Aluminaten nicht beobachtet wurden. Der Umstand, dass Ce-Aluminate einerseits in der MBE nur mit begrenztem Ce Gehalt von uns hergestellt werden konnten (Ce0.7Al1.3O3), stoechiometrisches CeAlO3 aber andererseits einen k-Wert von ueber 200 aufweist, veranlasst uns dazu, dieses Material kuenftig mittels aufwendiger CVD Herstellungsverfahren als Duennfilm abzuscheiden und weiter zu untersuchen. Ergebnis 2: Die Beobachtung des resistiven Schaltverhaltens im HfO2 war angesichts der Tatsache, dass dieses Material als stabiles Dielektrikum fuer die Mikroelektronik in CMOS Technologien zum Einsatz kommt, ein ueberraschender Befund. Mittlerweile werden HfO2-basierte MIM Strukturen als schaltbare Speicher weltweit (i.b. in Asien) intensiv untersucht, doch zaehlt unsere Publikation im Jahre 2009 zu den ersten 10 erschienen Arbeiten auf diesem Gebiet. Wir werden in Zukunft diese Art von resistiv schaltbaren HfO2-basierten MIM Strukturen weiterhin intensiv untersuchen und arbeiten zur Zeit an der Optimierung des Schaltverhaltens durch Variation der Metallelektroden.
Publications
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„Einfuehrung und Anwendung der Photoelektronenspektroskopie in der Material- und Technologieforschung fuer die moderne Si Mikroelektronik“, Leibniz Institutes fuer innovative Mikroelektronik (IHP)
Rakesh Sohal
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On the interface chemistry of high-k PrxAl2-xO3 (x=0-2) dielectrics on TiN for advanced MIM applications”, Jahresbericht 2007 Berliner Elektronenspeicherring Gesellschaft (BESSY II)
Rakesh Sohal, Grzegorz Lupina, Gunther Lippert, Christian Wenger, Olaf Seifarth, Hans Joachim Müssig, Massimo Tallarida, Dieter Schmeisser and Thomas Schroeder
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“Synchrotron radiation x-ray photoelectron spectroscopy study on the interface chemistry of high-k PrxAl2-xO3 (x=0-2) dielectrics on TiN for dynamic random access memory applications”, Journal of Applied Physics 102 (2007) 014103
Thomas Schroeder, Grzegorz Lupina, Rakesh Sohal, Christian Wenger, Olaf Seifarth, Massimo Tallarida, and Dieter Schmeisser
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“Embedded non-volatile memory for BiCMOS: Dielectric properties and resistive switching characteristics of HfO2- based MIM cells”, 15th Workshop on Dielectrics in Microelectronics (WoDiM) Bad Saarow (Berlin), Germany, June 2008
Christian Walczyk, Christian Wenger, Rakesh Sohal, Piotr Dudek, Mindaugas Lukosius, Jaroslaw Dabrowski, Hans-Joachim Müssig and Thomas Schroeder
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“On the mechanisms of resistive switching in HfO2-based MIM cells”, European Materials Research Society (E-MRS) 2008 Spring Meeting, Strasbourg (France), May 2008
Christian Walczyk, Christian Wenger, Rakesh Sohal, Mindaugas Lukosius, Alexander Fox, Jaroslaw Dabrowski, Hans-Joachim Müssig and Thomas Schroeder
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“Thermal oxidation of CVD grown tungsten layers on Si substrates for embedded non-volatile memory applications”, Spring Meeting of the German Physical Society (DPG), Berlin (Germany), February 2008
Rakesh Sohal, Christian Walczyk, Peter Zaumseil, Dirk Wolansky, Alexander Fox, Bernd Tillack, Hans-Joachim Müssig, and Thomas Schroeder
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„MIM Structures for resistive switching applications“, Jahresbericht 2008 des Leibniz Institutes fuer innovative Mikroelektronik (IHP)
Christian Walczyk, Rakesh Sohal, Christian Wenger, and Thomas Schroeder
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“Conduction process and pulse-induced resistive switching in HfO2 MIM diodes for non-volatile memory applications”, Journal of Applied Physics 105, (2009) 114103
Christian Walczyk, Christian Wenger, Rakesh Sohal, Mindaugas Lukosius, Alexander Fox, Jaroslaw Dabrowski, Dirk Wolansky, Bernd Tillack, Hans-Joachim Müssig and Thomas Schroeder
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“Pulse-induced resistive switching in HfO2 for non-volatile memory applications”, 16th international conference on „Insulating Films on Semiconductors (INFOS)“, University of Cambridge, United Kingdom, July 2009
Christian Walczyk, Christian Wenger, Rakesh Sohal, Mindaugas Lukosius, Alexander Fox, Jaroslaw Dabrowski, Dirk Wolansky, Bernd Tillack, Hans-Joachim Müssig and Thomas Schroeder
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“Thermal oxidation of CVD grown tungsten layers on Si substrates for embedded non-volatile memory applications” Thin Solid Films 517 (2009) 4534
Rakesh Sohal, Christian Walczyk, Peter Zaumseil, Dirk Wolansky, Alexander Fox, Bernd Tillack, Hans-Joachim Müssig, and Thomas Schroeder
