제일원리 계산을 수행하여 HfO_(2)에 Si불순물의 원자 및 전자구조를 연구하였다. 또한, Si 불순물이 ploy-Si/HfO_(2) gate stacks에서 발생하는 역치전압 문제와 Si 기판 위에 성장되는 HfO_(2)의 형태에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. ploy-Si/HfO_(2) 계면에서 Si 원자들은 ploy-Si 에서 HfO_(2)쪽으로 쉽게 확산하고 HfO_(2) 내에서 양이온하된 interstitials로 존재 한다. 이런 전하 이동은 ...
제일원리 계산을 수행하여 HfO_(2)에 Si불순물의 원자 및 전자구조를 연구하였다. 또한, Si 불순물이 ploy-Si/HfO_(2) gate stacks에서 발생하는 역치전압 문제와 Si 기판 위에 성장되는 HfO_(2)의 형태에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. ploy-Si/HfO_(2) 계면에서 Si 원자들은 ploy-Si 에서 HfO_(2)쪽으로 쉽게 확산하고 HfO_(2) 내에서 양이온하된 interstitials로 존재 한다. 이런 전하 이동은 interface dipoles을 야기시키고 이로 인해 특히 P+ ploy-Si 전극의 경우 기존의 SiO_(2) 기반 트랜지스터와 비교했을 때 큰 flat band voltage 차이를 보인다. 게다가, interstitial Si 원자들은 negative-U trap으로 작용하여 gate voltage stress에 따른 역치전압의 불안정성의 원인이 된다. 한편, O-rich 성장조건에서 Si 불순물은 Hf 원자들을 대체하려는 경향이 크고, 이것이 HfO_(2)와 Si 기판 계면에 Hf-silicate 층을 형성시키게 된다. 반면, O-poor 성장조건으로 갈 수록 Si 불순물은 interstit기로 있는게 안정하고 주위에 Hf 원자들과 결합하여 Hf-silicide 구조를 형성한다.
제일원리 계산을 수행하여 HfO_(2)에 Si불순물의 원자 및 전자구조를 연구하였다. 또한, Si 불순물이 ploy-Si/HfO_(2) gate stacks에서 발생하는 역치전압 문제와 Si 기판 위에 성장되는 HfO_(2)의 형태에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. ploy-Si/HfO_(2) 계면에서 Si 원자들은 ploy-Si 에서 HfO_(2)쪽으로 쉽게 확산하고 HfO_(2) 내에서 양이온하된 interstitials로 존재 한다. 이런 전하 이동은 interface dipoles을 야기시키고 이로 인해 특히 P+ ploy-Si 전극의 경우 기존의 SiO_(2) 기반 트랜지스터와 비교했을 때 큰 flat band voltage 차이를 보인다. 게다가, interstitial Si 원자들은 negative-U trap으로 작용하여 gate voltage stress에 따른 역치전압의 불안정성의 원인이 된다. 한편, O-rich 성장조건에서 Si 불순물은 Hf 원자들을 대체하려는 경향이 크고, 이것이 HfO_(2)와 Si 기판 계면에 Hf-silicate 층을 형성시키게 된다. 반면, O-poor 성장조건으로 갈 수록 Si 불순물은 interstit기로 있는게 안정하고 주위에 Hf 원자들과 결합하여 Hf-silicide 구조를 형성한다.
We perform first-principles theoretical calculations to study the atomic and electronic structures of Si impurities in HfO_(2). We also examine the role of Si impurities on the threshold voltage problems in ploy-Si/HfO_(2) gate stacks and the growth morphology of HfO_(2) films on Si substrates. In t...
We perform first-principles theoretical calculations to study the atomic and electronic structures of Si impurities in HfO_(2). We also examine the role of Si impurities on the threshold voltage problems in ploy-Si/HfO_(2) gate stacks and the growth morphology of HfO_(2) films on Si substrates. In the ploy-Si/HfO_(2) interface region, the Si atoms are easily migrated from the poly Si and remain as ionized interstitials. A charge transfer from the oxide to poly Si induces interface dipoles which may cause high flat band voltage shifts, especially for p+ poly Si electrodes. In addition, since interstitial Si atoms behave as a negative-U trap, these defects are suggested to be the origin of the threshold voltage instability. Under O-rich growth conditions, the Si impurities favorably substitute for the Hf sites, resulting in the formation of Hf-silicate layers at the oxide/Si substrate interface. On the other hand, on going O-poor (Hf-rich) growth conditions, the Si impurities tend to be interstitials, binding with the Hf atoms and forming a Hf-silicide structure.
We perform first-principles theoretical calculations to study the atomic and electronic structures of Si impurities in HfO_(2). We also examine the role of Si impurities on the threshold voltage problems in ploy-Si/HfO_(2) gate stacks and the growth morphology of HfO_(2) films on Si substrates. In the ploy-Si/HfO_(2) interface region, the Si atoms are easily migrated from the poly Si and remain as ionized interstitials. A charge transfer from the oxide to poly Si induces interface dipoles which may cause high flat band voltage shifts, especially for p+ poly Si electrodes. In addition, since interstitial Si atoms behave as a negative-U trap, these defects are suggested to be the origin of the threshold voltage instability. Under O-rich growth conditions, the Si impurities favorably substitute for the Hf sites, resulting in the formation of Hf-silicate layers at the oxide/Si substrate interface. On the other hand, on going O-poor (Hf-rich) growth conditions, the Si impurities tend to be interstitials, binding with the Hf atoms and forming a Hf-silicide structure.
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