Wyniki 1-8 spośród 8 dla zapytania: authorDesc:"SYLWIA GIERAŁTOWSKA"

Nanosłupki ZnO o wysokiej jakości - technologia i zastosowania DOI:10.15199/ELE-2014-127


  Tlenek cynku (ZnO) jest półprzewodnikiem z grupy II-VI, który jest niezwykle intensywnie badany w ciągu ostatnich 10 lat w różnych dziedzinach fizyki i inżynierii materiałowej. ZnO ma prostą przerwę energetyczną, która wynosi w przybliżeniu 3,4 eV w temperaturze pokojowej, dzięki czemu jest przezroczysty w widzialnym zakresie światła [1, 2]. ZnO dzięki swoim fizycznym i chemicznyn właściwościom ma potencjalnie szerokie zastosowania [1, 3, 4], m.in jako przezroczysta elektroda w ogniwach słonecznych [5] i diodach LED [6]. ZnO jest również atrakcyjnym materiałem w przemyśle detektorów promieniowania UV i czujników związków chemicznych, gdzie niezwykle ważna jest rozbudowana powierzchnia materiału. Ponadto nanosłupki ZnO wysokiej jakości są atrakcyjnym materiałem dla fotowoltaiki, ze względu na niską koncentrcję nośników i długie drogi dyfuzji swobodnych nośników (w stosunku do amorficznej struktury), a rozbudowana powierchnia zwiększa ilość absorowanego światła (zmniejsza współczynnik odbicia). Niniejsza praca przedstawia technologię wzrostu nanosłupków ZnO z roztworu wodnego, która jest powszechnie stosowana do wzrostu różnego rodzaju nanostruktur, w szczególności nanoproszków [8]. Referencje [9-12] opisują różne warianty tej metody. Wszystkie te sposoby mają wspólne cechy: wzrost jest bardzo wolny (np. wzrost nanosłupków o wysokości 500 nm i grubości 40 nm trwa 4 godziny), a podłoża użyte w procesach są najpierw pokrywane cienką warstwą lub nano-kryształkami ZnO, które zarodkują wzrost. Jest to związane z faktem, ża zarodkowanie ZnO o strukturze krystalicznej wurcytu jest generalnie trudne. Nasze podejście jest znacznie prostsze, do zarodkowania nanosłupków zostały użyte nanocząstki złota (standardowo używana warstwa ZnO również może być używana do zarodkowania). Dzięki tej metodzie możliwy jest wzrost nanosłupków na różnego rodzaju podłożach w bardzo niskiej temperaturze (50şC) w stosunku do inncyh metod wzrostu nanosłupków[...]

Zastosowanie dielektryków high-k w przyrządach mocy wytwarzanych w technologii węglika krzemu DOI:10.15199/48.2017.08.28

Czytaj za darmo! »

Dielektryki o wysokiej przenikalności elektrycznej (tzw. high-k) od dłuższego czasu są analizowane jako potencjalny dielektryk bramkowy w przyrządach typu MIS, w szczególności w tranzystorach MOSFET [1]. Ich wykorzystanie wiąże się głównie z postępującą miniaturyzacją tranzystorów MOSFET wykonywanych w technologii krzemowej, która prowadzi także do skalowania grubości dielektryków bramkowych. We współczesnych technologiach mikroelektronicznych istotnym problemem staje się prąd upływu dielektryka bramkowego będący efektem tunelowania nośników w warstwach dielektrycznych o malejącej grubości. Podstawowym celem badania dielektryków high-k było ich zastosowanie w technologiach CMOS o bardzo małym wymiarze charakterystycznym przy produkcji układów cyfrowych i mikrokontrolerów [2]. Dielektryki high-k mogą również znaleźć zastosowanie w technologii przyrządów mocy typu MIS, które charakteryzują się względnie dużą grubością dielektryka bramkowego, gdzie problem prądów tunelowych bramki jest praktycznie pomijalny. W niniejszym artykule omówiono celowość stosowania tego typu materiałów dielektrycznych w konstrukcji bramek tranzystorów mocy wykonanych na węgliku krzemu (SiC) - półprzewodniku, którego zastosowanie w energoelektronice będzie wzrastać w najbliższych latach. Omawiane kwestie zilustrowano na przykładzie wyników uzyskanych dla struktur MOS wytworzonych na podłożach 4H-SiC wykorzystujących wybrane dielektryki high-k. Zastosowanie dielektryków high-k w technologii SiC Technologia węglika krzemu (SiC) jest rozwijana w ostatnich latach przez czołowych producentów przyrządów mocy ze względu na korzystne właściwości tego półprzewodnika w porównaniu z krzemem. Oprócz dostępnych od pewnego czasu diod SiC przeznaczonych dla układów energoelektronicznych w ofercie zaczynają pojawiać się tranzystory mocy MOSFET przeznaczone głównie do implementacji w energoelektronicznych układach przełączających. Z wielu powodów przyrządy te ni[...]

Nanodruty ZnO otrzymywane metodą Osadzania Warstw Atomowych do zastosowań sensorowych


  Tlenek cynku jest materiałem półprzewodnikowym typu II-VI, który ma wiele zastosowań w dziedzinach nauki takich jak biologia, medycyna i nowoczesna elektronika. Tlenek cynku (ZnO) ze względu na swoje szczególne właściwości fizyczne i chemiczne może być stosowany w urządzeniach sensorowych [1], przezroczystej elektronice, ogniwach słonecznych oraz diodach LED. Istotną cechą materiałów stosowanych w czujnikach sensorowych jest bardzo rozbudowana morfologia. W pracy przedstawiony zostanie wzrost nanodrutów ZnO nową metodą - metodą osadzania warstw atomowych ALD (ang. Atomic Layer Deposition). ALD charakteryzuje się niskim kosztem procesów technologicznych, możliwością osadzania warstw na różnych podłożach i duża powtarzalnością procesów. To umotywowało nas do opracowania alternatywnej metody otrzymywania nanosłupków ZnO, otrzymywanych dotychczas wieloma metodami technologicznymi [2-3]. Metoda osadzania warstw atomowych, opracowana przez fińskiego fizyka Tuomo Suntolę pierwotnie wykorzystywana była do wzrostu epitaksjalnego [4]. Ze względu na prostotę tej metody z czasem zaczęto używać jej do osadzania warstw nie tylko monokrystalicznych, ale także warstw polikrystalicznych i amorficznych [5-6]. W niniejszej pracy zostaną zaprezentowanie nonostruktury tlenku cynku, który jest materiałem półprzewodnikowym należącym do grupy II-VI układu okresowego. Materiał ten charakteryzuje się prostą przerwą energetyczną, która w pokojowej temperaturze wynosi w przybliżeniu 3,37 eV [7]. Tak duża [...]

Technologia Osadzania Warstw Atomowych – zastosowania w elektronice


  50 lat temu wprowadzono do produkcji pierwsze układy scalone (IC od integrated circuits). Jest to, więc najlepsza okazja, aby omówić historię tego przełomowego wynalazku i wprowadzić nową metodę technologiczną - technologię osadzania warstw atomowych (ALD od Atomic Layer Deposition), która umożliwiła dalszą miniaturyzację tranzystorów i wprowadzenie trzech nowych generacji (standardów technologicznych 45, 32 i 22 nm) w produkcji IC. Krótka historia tranzystorów i układów scalonych Dwa powszechnie podawane najważniejsze wydarzenia w historii elektroniki to prace Russella Ohla z roku 1939, a następnie Bardeena, Schockleya i Braitaina z 1947 roku. W pierwszej z nich wprowadzono złącza p-n, a w drugiej zaprezentowano pierwszy tranzystor. Patrząc na zmiany cywilizacyjne, które są konsekwencją tych wynalazków, wiek XX powinien być nazwany wiekiem tranzystora, a nie atomu. Dopiero ostatnio "odkryto" na nowo pionierskie prace Lillienfelda z roku 1925 i Heila z roku 1935, którzy wprowadzili koncepcję tranzystora polowego. Po pracy Bardeena, Schockleya i Braitaina z 1947 roku, w roku 1951 wprowadzono pierwszy tranzystor złączowy, a pierwszy tranzystor polowy typu MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effect transistor) w roku 1960. Równolegle Kilby i Noyce w latach 1958 i 1959 zademonstrowali koncepcję układu scalonego. Jego komercjalizacja nastąpiła w roku 1961, czyli jak wspomniano we wstępie 50 lat temu. Kolejne lata to ciągły postęp w produkcji IC, co następowało dzięki wprowadzaniu nowych standardów produkcyjnych (tzw. technological nodes - podawane wymiary są rzędu długości kanału w tranzystorze polowym). Ten postęp od wielu dekad opisuje sławne prawo Moore’a [1], znane pod wieloma postaciami. Jedna z nich przewiduje, że liczba tranzystorów w układzie scalonym podwaja się, co dwa lata. Tak sformułowane prawo Moore’a opisuje postęp w miniaturyzacji tranzystorów od 40 lat. Ten postęp jest niebywały. O ile 40 lat [...]

Tlenki dielektryczne wytwarzane metodą osadzania warstw atomowych w niskich temperaturach dla zastosowań w elektronice jako izolatory


  Omawiane w niniejszej pracy tlenki o wysokiej stałej dielektrycznej (w porównaniu do stałej dielektrycznej dwutlenku krzemu, SiO2 czyli powyżej 4) cieszą się rosnącym zainteresowaniem w mikroelektronice, w szczególności w elektronice przezroczystej [1-8]. Właściwości tych materiałów sprawiły, iż stały się one doskonałą alternatywą dla SiO2 w produkcji nowej generacji układów scalonych w standardzie technologicznym 45 nm. Powodem tej zamiany był niepokojący wzrost prądu upływu przez cienką warstwę tlenku podbramkowego (SiO2), który przekraczał 1 A/cm2 przy 1 V [8]. Graniczna wartość prądu upływu przy wytwarzaniu układów scalonych w technologii CMOS wynosi 1,5*10-2 A/cm2 przy 1 V, natomiast w pamięciach operacyjnych DRAM - 10-7 A/cm2 przy 1 V [8, 10]. Wprowadzenie dielektryków "high-k" do produkcji urządzeń elektronicznych w 2007 roku określa się jako najważniejszą zmianę w technologii tranzystorowej od końca lat sześćdziesiątych i jest jedną z kilku strategii opracowanych w celu umożliwienia dalszej miniaturyzacji elementów elektronicznych, potocznie określaną jako rozszerzenie prawa Moore’a [9]. Rewolucyjny postęp w miniaturyzacji i wprowadzenie do produkcji trzech nowych generacji układów scalonych w standardach 45 nm, 32 nm oraz najnowszym 22 nm, stało się możliwe dzięki wykorzystaniu technologii osadzania cienkich warstw do wytwarzania tlenków izolacyjnych. Metoda ALD została wprowadzona w latach siedemdziesiątych przez dr Tuomo Suntolę w Finlandii celem poprawienia jakości warstw siarczku cynku (ZnS) używanych w wyświetlaczach elektroluminescencyjnych [11]. Technologia ta zapewnia jednorodne pokrycie dużych powierzchni, kontrolowany wzrost w skali nanometrowej, osadzanie warstw w niskiej temperaturze. Wspomniane właściwości techniki osadzania cienkich warstw sprawiają, iż bardzo dobrze nadaje się ona do osadzania przezroczystych, izolujących oraz półprzewodnikowych warstw do produkcji urządzeń elektronicznych. Najn[...]

Tranzystory z grafenu epitaksjalnego


  Grafen jest dwuwymiarowym kryształem węgla o heksagonalnie ułożonych atomach. Baza sieci kryształu jest dwuatomowa. Te geometryczne założenia są wystarczające, aby wykazać, że w dwóch punktach strefy Brillouin'a występuje liniowa zależność energii od wektora falowego, a ponadto dno pasma przewodnictwa styka się z wierzchołkiem pasma walencyjnego. Oznacza to, że nośniki ładunku w grafenie mają właściwość fermionów o masie zerowej. Ponadto prędkość nośników jest stała (podobnie jak prędkość fotonów) i nie zależy od pędu. Własności transportu nośników w grafenie są unikalne, ponieważ, w metalach i półprzewodnikach zależność energii od pędu jest paraboliczna, a zatem taka sama jak nośników w wolnej przestrzeni. Prędkość Fermiego nośników ładunku (w teorii - zarówno elektronów jak i dziur) w grafenie wynosi 108 cm/s (1/300 prędkości światła). Ta wartość jest o rząd wielkości większa niż prędkość elektronów w półprzewodnikach złożonych typu A3B5, które są podstawowymi materiałami używanymi do konstrukcji najszybszych mikrofalowych przyrządów elektronicznych. Nagrodę Nobla w 2010 otrzymały osoby, które badały grafen otrzymany poprzez oderwanie pojedynczej warstwy atomowej węgla od grafitu przy pomocy klejącej folii. Ta kuriozalna technologia okazała się skuteczna, ponieważ otrzymano ciągłą jednoatomową warstwę węgla, i na tym materiale udało się zweryfikować hipotezy na temat transportu nośników ładunku w grafenie. Morozow i Novosielov w publikacji [1] na podstawie obserwacji słabej zależności transportu elektronów od temperatury w grafenie exfoliowanym wyestymowali graniczną wartość ruchliwości nośników w temp. pokojowej równą 200 000 V cm/s. Dla porównania, ruchliwość elektronów w tranzystorze HEMT na podłożu z InP (fosforek indu) to jedynie 15000 cm2/(Vs), a te przyrządy są obecnie podstawowym składnikiem najszybszej elektroniki militarnej, łączności satelitarnej i telefonii komórkowej. To wydarzenie uruchomiło badania w w[...]

Profilowanie składu chemicznego tlenkowych warstw pasywacyjnych metodą spektromikroskopii elektronów Augera


  Spektromikroskopia elektronów Augera (AES), sprzężona z trawieniem jonowym, pozwala na lokalną identyfikację zanieczyszczeń na powierzchni ciała stałego (do głębokości ok. 3 nm) oraz na wyznaczenie rozkładu koncentracji pierwiastków w funkcji odległości od powierzchni. Szczególnie ważne dla technologii struktur półprzewodnikowych jest określenie wgłębnych profili składu cienkich warstw o grubościach nanometrycznych, w tym tlenkowych warstw pasywacyjnych oraz obszarów granic fazowych. Jednakże, poważnym problemem w tym przypadku jest rozmycie profili koncentracji pierwiastków wskutek takich procesów, jak trawienie preferencyjne i mieszanie atomów, a także - w strukturach wieloskładnikowych - nakładanie się pików AES o zbliżonych energiach. Uzyskanie informacji ilościowej o składzie chemicznym wymaga więc, z jednej strony, systematycznego, starannego pomiaru serii widm pochodzących z kolejnych warstw próbki, a z drugiej - zastosowania odpowiedniej analizy linii widowych [1, 2]. W pracy zastosowano profilowanie AES oraz własną numeryczną procedurę analizy widm całkowych do określania składu chemicznego oraz grubości cienkich tlenkowych warstw pasywacyjnych: (i ) na powierzchni stali nierdzewnej zawierającej chrom, która jest stosowana w transplantologii oraz (ii ) w strukturze HfO2/SiO2/SiC, stosowanej w mikroelektronice do konstrukcji przyrządów półprzewodnikowych (diod, tranzystorów) dużej mocy i wysokich temperatur; struktura ta zawierała buforową nanowarstwę SiO2 o grubości 5 nm. Procedura numeryczna widm AES obejmuje odjęcie tła widma, dekompozycję nakładających się linii widmowych różnych pierwiastków w oparciu o algorytm ewolucyjny, z wykorzystaniem funkcji pseudo Voigta jako wzorca piku oraz identyfikację przesunięć chemicznych. W przypadku analizowanych warstw tlenkowych, kluczowym zagadnieniem było rozdzielenie nakładających się złożonych linii tlenu i chromu (w notacji spektroskopii AES oznaczanych odpowiednio [...]

Wytwarzanie i charakteryzacja cienkich warstw tlenku hafnu dla zastosowań w technologii MOSFET w węgliku krzemu


  Jednym z najważniejszych procesów w technologii wytwarzania tranzystorów MOSFET jest osadzanie dielektryka bramkowego. W technologii krzemowej doskonałej jakości naturalny dielektryk bramkowy w postaci SiO2 stał się motorem rozwoju mikroelektroniki. Podobnie jak krzem, węglik krzemu również utlenia się w obecności atmosfery utleniającej tworząc SiO2. O ile układ SiO2/Si ma wręcz doskonałe parametry elektrofizyczne, układ SiO2/SiC cierpi na wiele różnych niedoskonałości. Związane jest to przede wszystkim z obecnością węgla w układzie SiO2/SiC powstającym podczas wysokotemperaturowego utleniania SiC. Część z atomów węgla akumuluje się w obszarze przejściowym SiO2/SiC prowadząc do powstawania centrów defektowych. Wpływa to na powstawanie stanów pułapkowych, które znacząco ograniczają ruchliwość nośników w kanale tranzystora [1]. Równolegle prowadzi się badania związane z wytwarzaniem i charakteryzacją alternatywnych materiałów dielektrycznych, które również nie przyniosły całkowicie satysfakcjonujących rezultatów [2]. Bardzo ciekawą i rokującą na przyszłość metodą wytwarzania bramki tranzystora MOSFET jest stosowanie dielektryków podwójnych SiO2/dielektryk o wysokiej przenikalności elektrycznej. Bardzo cienka warstwa SiO2 stanowi bufor pomiędzy powierzchnią SiC a dielektrykiem o wysokiej stałej dielektrycznej. Zadaniem warstwy buforowej jest zapewnienie odpowiedniej jakości interfejsu pomiędzy SiC a warstwą dielektryka oraz zmniejszenie prądu upływu bramki. Warstwy dielektryczne o wysokiej wartości przenikalności elektrycznej pozwalają na zwiększenie niezawodności tranzystorów MOSFET. Przede wszystkim wysoka stała dielektryczna powoduje zmniejszenie pola elektrycznego w obszarze dielektryka podbramkowego, co zwiększa jego niezawodność. Wśród materiałów dielektrycznych o wysokiej względnej przenikalności wysoką pozycję zajmuje tlenek hafnu HfO2 charakteryzujący się zarówno wysoką stałą dielektryczną (εr ≈ 15[...]

 Strona 1