Centrum elektronických a elektrotechnických súčiastok novej

generácie

CENG !!!

Elektrotechnický ústav SAV

Katedra experimentálnej fyziky FMFI UK

Katedra fyziky FEI STU

výskum prípravy, vlastností a možností praktického uplatnenia elektronických a elektrotechnických súčiastok a zariadení novej

generácie pre oblasť:

• informačných technológií,

• energetiky a silnoprúdovej elektrotechniky,

• senzoriky, automatizácie a meracej techniky.

Činnosť Centra je zameraná na:

• MOSFET súčiastky s rozmerom v hlbokej sub-mikrometrovej oblasti

• základný element supravodivého kvantového počítača

• extrémne citlivé polovodičové súčiastky pre kvantovú informatiku

Informačné technológie

• Porovnanie materiálov pre hradlo sub-100 nm MOSFET-u.

• Analýza procesu tunelovania v supravodivých Josephsonových spojoch.

• Rozpracovanie AFM nanolitografie.

Časový rozvrh 2005-2006

• K. Frohlich: Materiály pre hradlo sub-100 nm MOSFET-u

• R. Durný: Vlastnosti tenkých vrstiev MgB2 pripravených na roznych substrátoch

• Š. Chromik: Tenké supravodivé vrstvy pre elektroniku

• M. Grajcar: Návrh variabilnej vazby medzi qubitmi

• R. Hlubina: Interferenčné javy pri tunelovaní cez dvojpásove izolanty

• V. Cambel: AFM nanooxidation process – technology for mesoscopic structures < 100 nm

Informačné technológie – prednášky

Materiály pre hradlo sub-100 nm MOSFET-u

International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS

CMOS technológia:

Moorov zákon

• inovácia hradla MOSFET-u

- Náhrada SiO2 materiálmi s vysokou diel. konštantou

- Náhrada poly-Si elektródy kovovou elektródou

CMOS Technology:

Grand Challenge : Moving Beyond the SiO2 Era

MOSFET with strained Si channel MOSFET with 10 nm gate (INTEL)

Vertical double gate MOSFET

MOS FET – basic device of modern electronic

Alternative gate dielectrics

International Technology Roadmap for Semiconductors, 2005 Edition

Metal gates

International Technology Roadmap for Semiconductors, 2005 Edition

Requirements on high- materials

High permittivity

Band offsets

Thermodynamic stability

Interface quality

Low leakge currents

Mobility of carriers in channel

High- materiály pripravované a študované na ElÚ SAV

HfO2, HfSiO2

Al2O3,

Gd2O3, GdScO3

La2O3, LaySiOx

Študované problémy:

Podmienky prípravy metódou MOCVD, dielektrická konštanta, tepelná stabilita, kvalita rozhrania oxid/Si, poruchové náboje v oxide, zvodové prúdy,

Príprava Al2O3 na AlGaN/GaN, InAlN/(In)GaN

Requirements on metal gates

resistivity 300 1 mcm

Work function ~ 4 eV pre NMOS, ~ 5 eV pre PMOS,

Chemical stability with gate dielectric hradla and poly-Si

Compability with CMOS process

Metal gates pripravované a študované na ElÚ SAV

Ru, TaN, TiN

RuO2, SrRuO3, LaScO3

Študované problémy:

Podmienky prípravy metódou MOCVD, efektívna výstupná práca, tepelná stabilita, stabilita v redukčnom prostredí (formovací plyn),

Články publikované v rámci CENG-u

Characterization of rare earth oxides based MOSFET gate stacks prepared by metal-organic chemical vapour deposition, E-MRS 2006, invited.

Properties of Ru/HfxSi1-xOy/Si Metal Oxide Semiconductor Gate Stack Structures

Grown by Atomic Vapor Deposition, J. of the Electrochemical Soc. 153 (2006) F176.

Phase stability of LaSrCoO3 films upon annealing in hydrogen atmosphere. J. Appl. Phys. 100 (2006) 044501.

Thermal Stability of Ru Gate Electrode on HfSiO Dielectric, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 917 (2006) 0917-E05-02.

Určenie pásmového diagramu štruktúry

Ru/HfSiOx/Si

Determination of the Ru work function using slanted dielectric films

0 1 2 3 4-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

m,eff

=4.77 eV

Nox

=-2,3x1011 cm-2

m,eff

=5.35 eV

Nox

=1,03x1011 cm-2

Ru/HfSiOx/Si

FL

AT

BA

ND

VO

LT

AG

E

( V

)

EOT ( nm )

Determination of energy band alignement of MOS structure using XPS

18 9 00

40000

80000

0 min 5 min 7 min 12 min 22 min 62 min

Calibrated with Ru3d5/2 at 280.86 eV

3.924

18.0818.07

Inte

nsi

ty (

a.u

.)

Binding Energy (eV)

18.85

18.37

18.16

18.04

Hf 4f7/2

20 15 10 5 0 -5-200000

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

1800000

2000000Sample737_2 UPS1 (Z5)

UPS2 (Z8) UPS3 (Z9) UPS4 (Z10) UPS5 (Z11)

Inte

nsity

(a.

u.)

Binding Energy (eV)

XPS: Valence band offsets UPS: work function

Energy loss spectrum: band gap Energy band alignement of the electrode/dielectric interface

Ru/HfSiOx/SiRu

HfSiO

Si

-15 -10 -5 00

2000

4000

-5.5 eV

Cou

nts

Electron Energy Loss (eV)

4.77 eV

5V

1.68 eV

2.7 eV5.5 eV3.1 eV

2.4 eV

EHfSiOx

V

EHfSiOx

C

Evacuum

ESi

C

ESi

V

EF

Ru HfSiOx Si

2.37 eV

Doktorandské práce v rámci CENG-u

Ing. Roman Lupták:

Výskum vlastností materiálov pre pokročilé MOS štruktúry

Ing. Karol Čičo:

Použitie oxidov pre pasiváciu a izoláciu hradla štruktúr HEMT na báze GaN

Ing. Milan Ťapajna:

Charakterizácia elektrofyzikálnych procesov v Si štruktúrach pre tenkovrstvovú CMOS technológiu

R. Stoklas:

Štúdium heteroštruktúr HEMT na báze GaN

Ing. J. Martaus:

Využitie lokálnej anodickej oxidácie v AFM nanolitografii