Cấu trúc Điện tử của Khuyết Tật Thiếu Oxy (O-vacancy) trong Các Chất Điện Liệu Cao (High-k) và Bán Dẫn Oxit

Springer Science and Business Media LLC - Tập 1370 - Trang 3-14 - 2011
Kee Joo Chang1, Byungki Ryu1, Hyeon-Kyun Noh1, Junhyeok Bang2, Eun-Ae Choi3
1Department of Physics, Korea Advanced Institute of Science and Technology, Daejeon, Korea
2Department of Physics, Rensselaer Polytechnic Institute, New York, USA
3CAE TEAM, Memory Division, Samsung El. Co., Hwasung, Korea

Tóm tắt

Các phép tính từ nguyên lý đầu tiên dựa trên chức năng mật độ đã được thực hiện để nghiên cứu các thuộc tính điện tử của các khuyết tật thiếu oxy (O-vacancy) trong HfO2 cao-k, giao diện Si/HfO2, và các chất bán dẫn oxit vô định hình. Vai trò của khuyết tật thiếu oxy trong hiệu suất thiết bị được thảo luận bằng cách so sánh các kết quả của phương pháp GGA, chức năng mật độ lai, và tính toán năng lượng quasiparticle.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

The 2004 International Technology Roadmap for Semiconductors, Emerging Research Devices, http://public.itrs.net. M. Schulz, Nature (London) 399, 729 (1999). M. Ieong, B. Doris, J. Kedzierski, K. Rim and M. Yang, Science 306, 2057 (2004). M. L. Green, E. P. Gusev, R. Degraeve and E. L. Garfunkel, Appl. Phys. Rev. 90, 2057 (2001). G. D. Wilk, R. M. Wallace and J. M. Anthony, J. Appl. Phys. 89, 5243 (2001). C. C. Hobbs, L. R. C. Fonseca, A. Knizhnik, V. Dhandapani, S. B. Samavedam, W. J. Taylor, J. M. Grant, L. G. Dip, D. H. Triyoso, R. I. Hegde, D. C. Gilmer, R. Garcia, D. Roan, M. Luke Lovejoy, R. S. Rai, E. A. Hebert, H.-H. Tseng, S. G. H. Anderson, B. E. White and P. J. Tobin, IEEE Trans. Electron Devices 51, 978 (2004). G. Ribs, J. Mitard, M. Denais, S. Bruyere, F. Monsieur, C. Parthasarathy, E. Vincent and G. Ghibaudo, IEEE Trans. Device Mater. Reliab. 5, 5 (2005). H.-H. Tseng, J. M. Grant, C. Hobbs, P. J. Tobin, Z. Luo, T. P. Ma, L. Hebert, M. Ramon, S. Kalpat, F. Wang, D. Triyoso, D. C. Gilmer, B. E. White, P. Abramowitz and M. Moosa, IEEE Symp. VLSI Tech. 2005, 132 (2005). H.-K. Noh, B. Ryu, E.-A. Choi, J. Bang and K. J. Chang, Appl. Phys. Lett. 95, 082905 (2009). K. Xiong, P. W. Peacock and J. Robertson, Appl. Phys. Lett. 86, 012904 (2005). K. Shiraishi, K. Yamada, K. Torii, Y. Akasaka, K. Nakajima, M. Konno, T. Chikyow, H. Kitajima and T. Arikado, Jpn. J. Appl. Phys. 43, L1413 (2004). K. Xiong, J. Robertson, M. C. Gibson and S. J. Clark, Appl. Phys. Lett. 87, 183505 (2005). J. L. Gavartin, D. M. Ramo, A. L. Shluger, G. Bersuker and B. H. Lee, Appl. Phys. Lett. 89, 082908 (2006). P. Broqvist and A. Pasquarello, Appl. Phys. Lett. 89, 262904 (2006). P. Broqvist, A. Alkauskas and A. Pasquarello, Appl. Phys. Lett. 92, 132911 (2008). E.-A. Choi and K. J. Chang, Appl. Phys. Lett. 94, 122901 (2009). B. Ryu and K. J. Chang, Appl. Phys. Lett. 97, 242910 (2010). K. Nomura, H. Ohta, A. Takagi, T. Kamiya, M. Hirano and H. Hosono, Nature (London) 432, 488 (2004). T. Kamiya, K. Nomura and H. Hosono, J. Display Technology 5, 273 (2009). H. Yabuta, M. Sano, K. Abe, T. Aiba, T. Den, H. Kumomi, K. Nomura, T. Kamiya and H. Hosono, Appl. Phys. Lett. 89, 112123 (2006). A. Suresh and J. F. Muth, Appl. Phys. Lett. 92, 033502 (2008). J.-M. Lee, I.-T. Cho, J.-H. Lee, W.-S. Cheong, C.-S. Hwang and H.-I. Kwon, Appl. Phys. Lett. 94, 222112 (2009). K. Nomura, T. Kamiya, M. Hirano and H. Hosono, Appl. Phys. Lett. 95, 013502 (2009). M. E. Lopes, H. L. Gomes, M. C. R. Medeiros, P. Barquinha, L. Pereira, E. Fortunato, R. Martins and I. Ferreira, Appl. Phys. Lett. 95, 063502 (2009). J. Lee, J.-S. Park, Y. S. Pyo, D. B. Lee, E. H. Kim, D. Stryakhilev, T. W. Kim, D. U. Jin and Y.-G. Mo, Appl. Phys. Lett. 95, 123502 (2009). T.-C. Fung, C-.S. Chuang, K. Nomura, H.-P. D. Shieh, H. Hosono and J. Kanicki, J. Information Display 9, 21 (2008). K. Takechi, M. Nakata, T. Eguchi, H. Yamaguchi and S. Kaneko, Jpn. J. Appl. Phys. 48, 010203 (2009). K.-H. Lee, J. S. Jung, K. S. Son, J. S. Park, T. S. Kim, R. Choi, J. K. Jeong, J.-Y. Kwon, B. Koo and S. Lee, Appl. Phys. Lett. 95, 232106 (2009). J.-H. Shin, J.-S. Lee, C.-S. Hwang, S.-H. K. Park, W.-S. Cheong, M. Ryu, C.-W. Byun, J.-I. Lee and H. Y. Chu, ETRI J. 31, 62 (2009). B. Ryu, H.-K. Noh, E.-A. Choi and K. J. Chang, Appl. Phys. Lett. 97, 022108 (2010). H.-K. Noh, B. Ryu and K. J. Chang, Phys. Rev. B, submitted (2011). P. Hohenberg and W. Kohn, Phys. Rev. 136, B864 (1964); W. Kohn and L. J. Sham, ibid. 140, A1133 (1965). J. P. Perdew and Y. Wang, Phys. Rev. B 45, 13244 (1992). D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 41, 7892 (1990). G. Kresse and J. Furthmüller, Phys. Rev. B 54, 11169 (1996); G. Kresse and J. Joubert, ibid. 59, 1758 (1999). X. Zhao, D. Ceresoli and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 71, 085107 (2005). P. W. Peacock, K. Xiong, K. Tse and J. Robertson, Phys. Rev. B 73, 075328 (2006). J. P. Perdew, M. Ernzerhof and K. Burke, J. Chem. Phys. 105, 9982 (1996); A. V. Krukau, O. A. Vydrov, A. F. Izmaylov and G. E. Scuseria, J. Chem. Phys. 125, 224106 (2006); A. Alkauskas, P. Broqvist, F. Devynck and A. Pasquarello, Phys. Rev. Lett. 101, 106802 (2008). L. Hedin, Phys. Rev. 139, A796 (1965). M. S. Hybertsen and S. G. Louie, Phys. Rev. B 34, 5390 (1986). X. Gonze, G.-M. Rignanese, M. Verstraete, J.-M. Beuken, Y. Pouillon, R. Caracas, F. Jollet, M. Torrent, G. Zerah, M. Mikami, Ph. Ghosez, M. Veithen, J.-Y. Raty, V. Olevano, F. Bruneval, L. Reining, R. Godby, G. Onida, D. R. Hamann and D. C. Allan, Zeit. Kristallogr. 220, 558 (2005). M. Hedström, A. Schindlmayr, G. Schwarz and M. Scheffler, Phys. Rev. Lett. 97, 226401 (2006). V. V. Afanas’ev, A. Stesmans, F. Chen, X. Shi and S. A. Campbell, Appl. Phys. Lett. 81, 1053 (2002). H. Takeuchi, D. Ha and T.-J. King, J. Vac. Sci. Technol. A 22, 1337 (2004). C. G. Van de Walle and R. M. Martin, Phys. Rev. B 35, 8154 (1987). C. C. Fulton, G. Lucovsky and R. J. Nemanich, Appl. Phys. Lett. 84, 580 (2004). E. Bersch, S. Rangan, R. A. Bartynski, E. Garfunkel and E.Vescovo, Phys. Rev. B 78, 085114 (2008). W. C. Wu, C.-S. L. T.-M. Wang, J.-C. Wang, C. W. Hsu, M. W. Ma, W.-C. Lo and T. S. Chao, IEEE Trans. Electron Devices 55, 1639 (2008). W. Zhu, T. P. Ma, T. Tamagawa, J. Kim and Y. Di, IEEE Electron Device Lett. 23, 97 (2002). A. Janotti and C. G. Van de Walle, Appl. Phys. Lett. 87, 122102 (2005). A. Janotti and C. G. Van de Walle, Phys. Rev. B 76, 165202 (2007). S. Lany and A. Zunger, Phys. Rev. B 78, 235104 (2005). F. Oba, A. Togo, I. Tanaka, J. Paier and G. Kresse, Phys. Rev. B 77, 245202 (2008). S. J. Clark, J. Robertson, S. Lany and A. Zunger, Phys. Rev. B 81, 115311 (2010). W.-J. Lee, E.-A. Choi, J. Bang, B. Ryu and K. J. Chang, Appl. Phys. Lett. 93, 111901 (2008). W.-J. Lee, B. Ryu and K. J. Chang, Physica B 404, 4794 (2009).