Αναπτυξη, Χαρακτηρισμος Και Μελετη Μεταλλικων Νανοκρυσταλλων Στη Διεπιφανεια Sio2 / Hfo22 Με Εφαρμογη Σε Δομες Στοιχειων Μνημης

Abstract

Το αντικείμενο της Διατριβής του υποψηφίου αναφέρεται στην ανάπτυξη μεταλλικών νανοκρυστάλλων μεγάλης πυκνότητας και ομοιόμορφου μεγέθους πάνω σε στρώμα SiO2, καθώς και στην κατασκευή δομής Μετάλλου- Οξειδίου - Ημιαγωγού (ΜΟS) η οποία περιέχει τους κατασκευασθέντες νανοκρυστάλλους. Τα μέταλλα τα οποία χρησιμοποιούνται για την παρασκευή των νανοκρυστάλλων είναι το παλλάδιο (Pd), η πλατίνα (Pt), ο χρυσός (Au) και το βολφράμιο (W). Αποδεικνύεται ότι η συγκεκριμένη δομή λειτουργεί ως στοιχείο μνήμης εμφανίζοντας πλήθος πλεονεκτημάτων έναντι των κλασικών δομών μνήμης. Η ανάπτυξη γίνεται σε θάλαμο υψηλού κενού με εξάχνωση με τη βοήθεια κανονιών ηλεκτρονίων. Εξετάζονται οι συνθήκες ανάπτυξης καθώς και ο τρόπος με τον οποίο αυτές επηρεάζουν το μέγεθος και την πυκνότητα των νανοκρυστάλλων. Μελετώνται οι συνθήκες παρασκευής διηλεκτρικού στρώματος HfO2 καλής ποιότητας (με μικρή ποσότητα ανεπιθύμητων φορτίων και υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς) το οποίο θα χρησιμοποιηθεί ως οξείδιο πύλης καθώς και η δυνατότητα χρήσης του ως οξειδίου σήραγγας. Στο 1ο Κεφάλαιο της Διατριβής γίνεται σύντομη περιγραφή των υπαρχόντων δομών μνήμης καθώς και περιγραφή της λειτουργίας των δομών MOS με νανοκρυστάλλους ως στοιχεία μνήμης. Επίσης, στο ίδιο κεφάλαιο αναφέρονται τα πλεονεκτήματα των δομών με νανοκρυστάλλους έναντι των κλασικών δομών μνήμης. Τέλος, τονίζονται τα πλεονεκτήματα χρησιμοποίησης μεταλλικών νανοκρυστάλλων έναντι των ημιαγώγιμων νανοκρυστάλλων. Στο 2ο κεφάλαιο περιγράφονται οι πειραματικές διατάξεις που χρησιμοποιούνται στην παρούσα διατριβή για την ανάπτυξη των δομών MOS με νανοκρυστάλλους. Γίνεται αναλυτική περιγραφή των συνθηκών ανάπτυξης για κάθε ξεχωριστό τύπο νανοκρυστάλλου που αναπτύχθηκε. Στο 3ο Κεφάλαιο πραγματοποιείται ο δομικός χαρακτηρισμός των αναπτυγμένων δομών με χρήση μικροσκοπίου διέλευσης ηλεκτρονίων (ΤΕΜ), ενώ συσχετίζονται οι διαστάσεις και η πυκνότητα των νανοκρυστάλλων με τις συνθήκες ανάπτυξης.Στο 4ο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά η ηλεκτρική μελέτη των παρασκευασθέντων δομών. Σε αυτό το κεφάλαιο αρχικά μελετώνται οι χαρακτηριστικές χωρητικότητας- τάσης (C-V) καθώς και διαγωγιμότητας- τάσης (G-V). Αυτές οι χαρακτηριστικές εμφανίζουν το φαινόμενο της υστέρησης γεγονός το οποίο αποδεικνύει ότι οι παρασκευασθείσες δομές λειτουργούν ως στοιχεία μνήμης. Εν συνεχεία, μελετάται ο χρόνος διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου στους νανοκρυστάλλους, η αντοχή των δομών αυτών σε διαδοχικούς κύκλους εγγραφής- διαγραφής, ο μηχανισμός εγγραφής της πληροφορίας καθώς και η τιμή της τάσης πύλης κατά την οποία γίνεται η εγγραφή.