高介电常数栅极介质的低温行为：原子层沉积温度和光刻工艺方法的影响
材料科学
2025-01-31 v2 介观与纳米尺度物理
超导电性
摘要
具有较高相对介电常数的介质材料，即高介电常数（high-k）介质，已成为栅极结构中的标准绝缘体，显著提升了室温和低温电子器件的电气性能。本研究深入探讨了常用作栅极绝缘体的高-k 介质在低温（3 K）性能。我们通过原子层沉积（ALD）制备 Al2O3 和 HfO2 薄膜，并从交流（100 Hz 至 100 kHz）和直流测量中推导出相对介电常数（k）和击穿电场（E_BD）。我们的发现表明，HfO2 的低温性能强烈依赖于 ALD 生长温度，而前者对 Al2O3 的影响则可忽略不计。我们估计从 300 K 降至 3 K 时，HfO2 和 Al2O3 的相对介电常数分别降低约 9% 和 14%。此外，我们设计并制作了 Al2O3/HfO2 双层结构，并在低温下测试了其性能。该研究还考察了光刻工艺方法（即紫外或电子束光刻）对高-k 介质性能的影响，光刻加速电压分别为 10、20 或 30 kV。
引用
@article{arxiv.2407.04501,
title = {Cryogenic Behavior of High-Permittivity Gate Dielectrics: The Impact of the Atomic Layer Deposition Temperature and the Lithographic Patterning Method},
author = {Alessandro Paghi and Sebastiano Battisti and Simone Tortorella and Giorgio De Simoni and Francesco Giazotto},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.04501},
year = {2025}
}
备注
17 pages, 4 figures, supporting information at the end of the paper