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HfO₂栅介质薄膜的结构和介电性质研究

程学瑞1 , 戚泽明2 , 3 , 张国斌2 , 3 , 李亭亭2 , 3 , 贺博2 , 3 , 尹民1

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2010.00468

采用脉冲激光沉积方法（PLD）在Si (100)衬底上生长了HfO₂栅介质薄膜. 利用X射线衍射（XRD）和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)对其结构进行了表征, 利用远红外光谱对其声子振动模式和介电性质进行了研究. 结果表明, 室温下制备薄膜为非晶, 衬底温度400℃时已经形成单斜相的HfO₂薄膜, 1000℃退火后薄膜更趋向于（1-11）晶面取向, 且结晶质量改善. 薄膜的局域结构研究显示低衬底温度下生长的样品具有更短的Hf--O键长和更高的无序度. 薄膜结构和薄膜质量影响其远红外声子模式, 使得一些低频红外声子模式消失, 造成其介电常数相对体材料有所降低, 但由于影响介电常数的主要远红外声子模式依然存在, 晶态薄膜仍然能保持一定的介电常数值. 

关键词: HfO₂薄膜 , high dielectric gate , pulsed laser deposition , phonon