Characterization of the interface between alternative gate-oxides and silicon

• Applicant: Dr. Hans-Joachim Müssig
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2002 to 2005
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5369917

Das Haupziel der Arbeit besteht darin, die Interface zwischen einem alternativen Gate-Material mit großer Dielektrizitätskonstante und dem Siliziumsubstrat zu charakterisieren und so zu beeinflussen, daß deren Eigenschaften denen der Si/SiO2-Interface möglichst nahe kommen. Eine dünne dielektrische Schicht, das Gate-Oxid, bildet die Grundlage für Feldeffekt-Bauelementestrukturen. SiO2 ist heute das Dielektrikum der Wahl und, falls sich der gegenwärtige Miniaturisierungstrend fortsetzt, wird 2012 die Schichtdicke des Oxides weniger als 1 nm betragen. Das damit verbundene exponentielle Ansteigen des Tunnelstromes durch diese Schicht führt zu Leckströmen, die insbesondere in mobilen elektronischen Geräten nicht toleriert werden können. Um die Leckströme bei unveränderter Gate-Kapazität zu reduzieren, sind dickere Schichten mit größerer Dielektrizitätskonstante erforderlich. Materialien mit größerer Dielektrizitätskonstrante sind aber nur dann geeignet, Leckströme zu begrenzen, wenn sie auch ausreichend große Bandlücken besitzen.The main goal of this work is both to characterize and to influence the interface be-tween an alternative high-k gate-dielectric material and silicon so that the interface properties will be comparable to those of the Si/SiO2 interface. A thin dielectric film, the so-called gate-oxide, is the prerequisite for field effect device structures. Today, SiO2 is the dielectric of choice and, if the present trend of miniaturization is continued, the oxide film thickness will be lower than 1 nm in 2012. Because of that, an expo-nential increase of the tunneling current through this film occurs causing leakage cur-rents which cannot be tolerated, especially in mobile electronic devices. To reduce the leakage currents at unchanged gate-capacity, thicker films with higher dielectric constants are needed. But materials with higher dielectric constant are only usable to limit leakage currents if they have sufficiently broad band gaps.

• DFG Programme: Research Grants