原子层沉积 (ALD) 已迅速成为半导体行业的重要工具,因为它可以在低温下提供高度保形、可精确调节的涂层,厚度控制在亚纳米级。因此,ALD 是一种将电介质集成到先进光电子器件中的强大方法,并且对于实现新兴的非平面电子设备至关重要。[1] 特别是,可以通过 ALD 在结构化表面上保形生长的非晶态氧化铝 (AlO x ) 广泛用于半导体技术的电介质和化学钝化、[2] 跨硅 (Si) 太阳能电池界面的载流子选择性电荷转移、[3] 非平面场效应晶体管中的栅极电介质、[4] 以及扩散屏障和保护涂层。[5] 当用作 Si 场效应钝化的表面涂层时,ALD AlO x 会引入
摘要 — 商用碳化硅 (SiC) 功率金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 的栅极氧化物可靠性对其应用至关重要。恒压时间相关电介质击穿 (TDDB) 测量通常用于评估正常运行下 SiC 功率 MOSFET 的电介质故障时间。最近提出了一种基于氧化物隧穿电流行为的电荷击穿方法来预测电介质故障时间。该方法耗时较少,但要求器件的氧化物漏电流行为遵循通用包络线。这项工作比较了电荷击穿方法和恒压 TDDB 方法对商用 1.2 kV SiC MOSFET 的预测故障时间。结果表明,在低氧化场 (E ox < 9 MV / cm ) 下应用的恒压 TDDB 方法对器件寿命的预测最为保守。
图 1:灰度 t-SPL 与干法蚀刻的组合。电介质中灰度纳米图案放大工艺流程的横截面说明。(a)在薄电介质膜(在我们的例子中为 SiO 2 或 Si 3 N 4 )上旋涂热敏抗蚀剂 PPA。(b)使用加热的纳米尖端在薄 PPA 层上制造二元和灰度纳米结构(有关纳米尖端的详细信息,请参阅补充图 S2)。(c)将纳米结构从 PPA 转移到 SiO 2 或 Si 3 N 4 。(d)通过深度放大将写入 PPA 中的纳米结构完全转移到电介质膜中。垂直峰峰深度放大(∆ z 电介质/∆ z 抗蚀剂)是由 CHF 3 /SF 6 等离子体中抗蚀剂和基板之间的蚀刻速率差异造成的。图像未按比例绘制。
ALD 在引领半导体技术方面发挥着关键作用,而其在其他前沿行业的应用领域也正在迅速增长。据市场估计,仅设备市场目前的年收入就接近 20 亿美元,预计在未来 4-5 年内将翻一番。经过 30 多年的广泛研究,ALD 氧化铪和其他高 k 电介质可以替代传统半导体制造中的二氧化硅 (SiO2),最终于 2004 年被三星采用,在 90 nm DRAM 节点的大批量生产中用作高 k 电容器电介质。其他 DRAM 公司紧随其后,后来在 2007 年,英特尔在 45 nm 节点引入了 ALD HfO2 作为高 k 栅极电介质。这些事件导致 ALD 设备和前体市场蓬勃发展,随后出现了其他行业中 ALD 的其他工艺、前体、材料和应用,这些将在演讲中介绍。
I. 引言为了满足未来高频电子器件的需求,开发新的技术方法十分必要。在集成方面,主要要求是能够制造复杂的二维和三维微型结构以及混合电介质材料和金属。LTCC(低温共烧陶瓷)[1] 是一种可行的方法。它允许使用低温烧制陶瓷材料和高电导率金属(金、银)。但该技术存在一些局限性:用 LTCC 制造的组件是通过堆叠单条带制成的,因此限制了可实现的几何形状(2.5-D 配置而不是真正的 3-D)。盲孔、沟槽或金属壁不易制作(即使提出了接近的解决方案,例如用过孔栅栏代替金属壁)。此外,混合电介质材料极其困难。立体光刻技术(SL)在特定约束下实现了这一目标。后者包括制造复杂的 3D 组件 [2-4]。到目前为止,该技术基于一种电介质制造,尚无法在单个制造步骤中将金属和电介质材料组合在一起。喷墨打印技术的最新进展使得在一步制造中实现复杂的金属电介质结构 [5-7]。使用这种方法,我们旨在制造创新的高频元件,以获得紧凑性、性能和设计灵活性。我们必须面对的挑战之一是优化一种可以在低温(~900°C)下固化的电介质墨水,从而与银纳米颗粒墨水等高电导率金属墨水兼容。在此背景下,本文介绍了两种基于陶瓷的添加剂技术:(1)喷墨打印方法,首先对基于银纳米颗粒和低温烧制陶瓷材料墨水的多材料和多层组件进行打印测试。(2)一种专用于 RF 组件制造的基于陶瓷的 SL 技术。如图所示,喷墨打印和 SL 技术都是未来 RF 组件的替代技术的候选。II。喷墨技术 A. 喷墨打印原理 该技术基于不同材料薄层的叠加以构建 2D 或 3D 组件,使用多喷嘴压电打印头在基板上输送精确体积的墨滴(几 pL)(图 1)。
摘要:光学超表面能够操纵超薄层中的光与物质的相互作用。与金属或电介质超表面相比,由电介质和金属纳米结构组合而成的混合超表面可以为系统中存在的模式之间的相互作用提供更多可能性。在这里,我们研究了通过单步纳米制造工艺获得的混合金属-电介质超表面中晶格共振之间的相互作用。有限差分时域模拟表明,在选定的几何参数发生变化时,Ge 内部波长相关吸收率中出现的模式避免交叉,这是强光耦合的证据。我们发现测量和模拟的吸收率和反射光谱之间具有良好的一致性。我们的超表面设计可以轻松纳入自上而下的光电器件制造工艺,可能的应用范围从片上光谱到传感。关键词:超材料、半导体、杂化、光电子学
随着后段制程 (BEOL) 互连尺寸的不断减小,RC 延迟已成为导致整体性能下降的主要原因 [1-2]。为了降低互连的电阻率和电容,人们采用了各种策略,例如优化制造工艺 [3-4]、修改导线的几何形状 [2] 以及利用低 k 电介质等新材料 [5-6]。然而,这些修改虽然可以通过芯片缩小尺寸来提高性能,但往往会以牺牲可靠性为代价 [7-9]。因此,对互连可靠性的广泛研究提供了有价值的评估和建议,以便在较长的使用寿命内保持性能。考虑到金属可靠性,由电子风驱动的电迁移 (EM) [10-11] 和由应力梯度驱动的应力诱导空洞 (SIV) [12] 研究了扩散主导的故障机制。对于电介质,由于金属间距最小化和介电性能较弱而产生的高电场使时间相关电介质击穿 (TDDB) 在最近的研究中也很重要 [13]。
静电储能电容器是电力电子器件必不可少的无源元件,由于电介质陶瓷能够在 > 100 ˚C 的温度下更可靠地工作,因此优先选择电介质陶瓷而不是聚合物。大多数工作集中在非线性电介质组合物上,其中极化 (P)/电位移 (D) 和最大场 (E max ) 经过优化,以提供能量密度值 6 ≤ U ≤ 21 J cm − 3 。然而,在每种情况下,P 的饱和 (dP/dE = 0,AFE) 或“部分”饱和 (dP/dE → 0,RFE) 都会限制在击穿前可以达到的 U 值。通过设计高介电常数准线性电介质 (QLD) 行为,dP/dE 保持恒定直至超高 E max ,可以进一步改善 U 相对于弛豫器 (RFE) 和反铁电体 (AFE) 的程度。 QLD 多层电容器原型的介电层由 0.88NaNb 0.9 Ta 0.1 O 3 - 0.10SrTiO 3 -0.02La(Mg 1/2 Ti 1/2 )O 3 组成,室温下 U ≈ 43.5 J cm − 3 ,支持极大的 E max ≈ 280 MV m − 1 ,对于基于粉末流延技术的设备,这两项性能均超过了当前最先进的水平两倍。重要的是,QLD 电容器在高达 200 ˚ C 的温度下 U ( ≈ 15 J cm − 3 ) 变化很小,并且具有强大的抗循环降解能力,为可持续技术的开发提供了一种有前途的新方法。
引言由于构建太比特容量的非易失性存储器集成电路和在神经形态计算中的应用前景看好[1],基于电介质电阻切换的存储器设备领域的研究数量呈指数级增长。由于缺乏理想的电介质、通过结构缺陷限制电流泄漏以及隧道效应,基于电荷存储的存储单元已经接近缩放的物理极限。相反,在基于电阻切换机制 (ReRAM) 的存储单元中,不需要理想的电介质,但其局部缺陷区域的结构必须限制在纳米级。在外部电场的影响下,该区域中的阳离子-阴离子电荷传输导致电介质结构缺陷发生局部可逆变化,这种变化在外部表现为单元电导率的逐步变化和高阻状态(HRS 或 RESET 状态)和低阻状态(LRS 或 SET 状态)之间的电阻切换。这些状态是在暴露于具有特定极性、持续时间和幅度的开关脉冲后建立的。在没有外部电场的情况下,理想的忆阻器(具有记忆功能的电阻器)能够在单元电阻的固定值下根据需要长时间维持HRS和LRS。因此,忆阻器存储单元中的一比特信息以结构变化的形式存储在两个导电电极之间封闭的电介质的局部区域中。只有两级电阻(一位)的忆阻器集成到交叉结构[2–6]中,并以3D配置