{"id":203,"date":"2011-05-16T16:53:36","date_gmt":"2011-05-16T14:53:36","guid":{"rendered":"https:\/\/webs.uab.cat\/redec\/caracteritzacio-escala-nanometrica-de-les-propietats-electriques-i-la-fiabilitat-de-disposit\/"},"modified":"2011-05-16T16:53:36","modified_gmt":"2011-05-16T14:53:36","slug":"caracteritzacio-escala-nanometrica-de-les-propietats-electriques-i-la-fiabilitat-de-disposit","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/webs.uab.cat\/redec\/caracteritzacio-escala-nanometrica-de-les-propietats-electriques-i-la-fiabilitat-de-disposit\/","title":{"rendered":"Caracteritzaci\u00f3 a escala nanom\u00e8trica de les propietats el\u00e8ctriques i la fiabilitat de dispositius electr\u00f2nics"},"content":{"rendered":"

A mesura que les dimensions dels dispositius MOS es van redu\u00efnt, augmenta la import\u00e0ncia de les variacions locals de les propietats el\u00e8ctriques del dispositiu en el seu comportament global, variacions que s\u00f3n indetectables mitjan\u00e7ant les t\u00e8cniques de caracteritzaci\u00f3 convencionals. Aix\u00ed, es fa necess\u00e0ria la utilitzaci\u00f3 de t\u00e8cniques capaces de realitzar una caracteritzaci\u00f3 a escala nanom\u00e8trica, com, per exemple, les microscopies d\u2019escombrat per sonda local (SPM, Scanning Probe Microscopy). Entre aquestes t\u00e8cniques, aquelles relacionades amb la Microsc\u00f2pia de Forces At\u00f2miques (AFM) s\u2019estan fent servir, cada cop amb m\u00e9s freq\u00fc\u00e8ncia, per a l\u2019estudi dels dispositius nanoelectr\u00f2nics.<\/p>\n

 <\/p>\n

REDEC <\/strong>ha emprat la Microscopia de Forces At\u00f2miques amb punta conductora (CAFM, Conductive AFM) i altres t\u00e8cniques afins a l\u2019AFM per a l\u2019estudi de les propietats el\u00e8ctriques de mem\u00f2ries basades en nanocristalls de Si en una matriu de SiO2 y de la fiabilitat de capes ultra-primes de SiO2 sotmeses a estressos el\u00e8ctrics o a processos d\u2019irradiaci\u00f3 i implantaci\u00f3 i\u00f2nica, a escala nanom\u00e8trica. M\u00e9s recentment, l\u2019\u00fas d\u2019aquestes t\u00e8cniques s\u2019ha est\u00e8s a dispositius basats en diel\u00e8ctrics high-k, analitzant tant l\u2019efecte en les seves propietats el\u00e8ctriques a escala local de diferents alternatives tecnol\u00f2giques com la seva fiabilitat.<\/p>\n

 <\/p>\n

ALGUNS RESULTATS<\/em><\/strong><\/span><\/p>\n


<\/em><\/strong><\/span><\/p>\n

Millores del set-up i de les mesures CAFM<\/span><\/span><\/p>\n

Desenvolupament del ECAFM i log-CAFM. <\/strong>S\u2019han desenvolupat dos nous prototipus de CAFM amb prestacions el\u00e8ctriques millorades que permeten superar les limitacions del CAFM est\u00e0ndard quan ha de ser emprats per estudis de fiabilitat. Els prototipus s\u00f3n el ECAFM (Enhanced CAFM), que consisteix en connectar un analitzador de par\u00e0metres de semiconductors amb els seus SMUs a un AFM est\u00e0ndard i el log-CAFM, que consisteix en un CAFM convencional en el qual s\u2019ha implementat un conversor I-V logar\u00edtmic de baix soroll. Ambdues t\u00e8cniques s\u2019han aplicat a l\u2019estudi de la fiabilitat del SiO2 i de dispositius basats en high-k.<\/p>\n

\"Corbes<\/span><\/p>\n

Corbes I-V mesurades amb l\u2019ECAFM en el mateix punt d\u2019un stack basat en una bicapa de HfO2\/SiO2. La segona corba, en taronja, indica la ruptura de l\u2019stack.<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

 <\/p>\n

Mesures CAFM en ambient controlat.<\/strong> S\u2019ha demostrat que la qualitat i reproducibilitat de les mesures CAFM de diel\u00e8ctrics de porta es veuen clarament millorades quan es realitzen en un ambient controlat (buit o N2).<\/p>\n

 <\/p>\n

Dispositius basats en SiO2<\/span><\/span><\/p>\n

La ruptura del SiO2 a la nanoescala.<\/strong> S\u2019ha avaluat l\u2019impacte del l\u00edmit de corrent en la conducci\u00f3 de post-ruptura, el dany estructural i la propagaci\u00f3 de l\u2019spot de ruptura. S\u2019ha observat que quan s\u2019imposa un l\u00edmit de corrent durant l\u2019estr\u00e9s, la ruptura \u00e9s menys severa. Tot i aix\u00ed, la regi\u00f3 de l\u2019\u00f2xid no afectada roman en un estat metastable que acaba patint la ruptura quan les condicions d\u2019estr\u00e9s canvien.<\/p>\n

Caracteritzaci\u00f3 el\u00e8ctrica de capes de SiO2 irradiades.<\/strong> S\u2019han utilitzat diferents t\u00e8cniques AFM per analitzar les propietats el\u00e8ctriques d\u2019\u00f2xids de porta irradiats amb ions pesats. S\u2019ha demostrat que nom\u00e9s ~1-2% dels ions generen un cam\u00ed percolatiu associat a un esdeveniment de ruptura suau (soft-Breakdown, SBD). La resta d\u2019ions debiliten l\u2019\u00f2xid donant lloc a spots localment febles que s\u2019han associat a la RILC.<\/p>\n

Caracteritzaci\u00f3 el\u00e8ctrica de capes de SiO2 implantades.<\/strong> S\u2019ha utilitzat un CAFM, SCM i KPFM per estudiar qualitativament i comparar l\u2019impacte de la implantaci\u00f3 i irradiaci\u00f3 en capes de SiO2 a diferents energies. Els resultats mostren que amb el CAFM \u00e9s possible detectar difer\u00e8ncies en el cas dels ions implantats a diferents energies. Quant m\u00e9s gran \u00e9s l\u2019energia, m\u00e9s gran \u00e9s el nombre d\u2019spots febles generats. Malgrat aix\u00f2, nom\u00e9s els ions molt energ\u00e8tics (irradiaci\u00f3) s\u00f3n capa\u00e7os de generar spots de ruptura.<\/p>\n

Mem\u00f2ries basades en Si-nc. <\/strong>El C-AFM ha demostrat ser una eina molt potent per investigar dispositius de mem\u00f2ria basats en nanocristalls de Si (Si-nc) a escala nanom\u00e8trica. S\u2019ha observat que a camps baixos apareix un exc\u00e9s de corrent associat a un corrent t\u00fanel assistit pels nanocristalls. Tamb\u00e9 s\u2019ha determinat la quantitat de c\u00e0rrega atrapada als nanoscristalls i el seu temps de retenci\u00f3, obtenint uns resultats compatibles amb els obtinguts amb les t\u00e8cniques de caracteritzaci\u00f3 est\u00e0ndard.<\/p>\n

 <\/p>\n

\"Imatge<\/span><\/p>\n

Imatge de corrent d\u2019un spot de ruptura pr\u00e8viament trencat amb la punta del CAFM en una capa de SiO2. <\/span><\/span><\/span><\/p>\n

 <\/p>\n

Dispositius basats en diel\u00e8ctrics high-k<\/span><\/span><\/p>\n

Efectes del recuit i composici\u00f3 en les propietats el\u00e8ctriques de diel\u00e8ctrics high-k.<\/strong> S\u2019ha estudiat com la cristal.litzaci\u00f3 i la difusi\u00f3 de Si des del substrat (que alhora depenen de la temperatura de recuit) afecten a la conducci\u00f3 el\u00e8ctrica de diel\u00e8ctrics basats en Hf i a la seva homogene\u00eftat. Tamb\u00e9 s\u2019ha analitzat l\u2019impacte de diferents composicions. S\u2019ha demostrat que un augment de la temperatura de recuit i de la concentraci\u00f3 de Hf redueix la conductivitat del diel\u00e8ctric.<\/p>\n

Fiabilitat de diel\u00e8ctrics high-k. <\/strong>S\u2019ha observat que, a camps baixos, l\u2019estr\u00e9s el\u00e8ctric provoca l\u2019atrapament\/desatrapament de c\u00e0rregues en les trampes (natives o generades per l\u2019estr\u00e9s) de la capa de HfO2, mentre que a camps alts es degrada tant la capa de HfO2 com la capa interficial de SiO2. Si el camp el\u00e8ctric aplicat \u00e9s prou elevat, s\u2019indueix la ruptura diel\u00e8ctrica, la qual ve controlada b\u00e0sicament per la capa de SiO2.<\/p>\n

 <\/p>\n

PUBLICACIONS RELLEVANTS<\/em><\/strong><\/span><\/p>\n

 <\/p>\n