La2O3掺杂非晶SiO2薄膜作为门极电介质的结构与电性能研究

本研究论文探讨了掺杂La2O3的非晶二氧化硅(SiO2)薄膜作为门极电介质材料的微观结构与介电性质。作者通过脉冲激光沉积技术在n-Si(001)基底上制备了La2O3掺杂的SiO2(LSO)薄膜，其摩尔比约为1:5。研究的主要目的是评估这种新型材料作为半导体器件中关键组件的潜力。 实验结果显示，LSO薄膜在高达800℃的高温下仍保持非晶态，这表明其具有良好的热稳定性。通过高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)分析，发现La原子并未在LSO/硅(Si)界面形成La化合物，这有助于减少潜在的电子散射源，从而提高器件性能。X射线光电子能谱(XPS)数据进一步证实了这一点。 然而，LSO薄膜中的氧原子(O)扩散至硅基底，形成了约两层原子厚度的二氧化硅(SiO2)界面层。这一现象可能是由于La2O3的氧离子在沉积过程中倾向于与硅结合，形成稳定的氧化层。这可能会对电介质的均匀性和电性能产生影响，因为薄的SiO2层可能会影响介电常数和泄漏电流。 为了优化LSO薄膜作为门极电介质的应用，研究者可能还需深入探究这种界面层的形成机制以及如何控制其厚度。此外，介电强度、介电损耗和温度依赖性等电性能参数的测量也是理解LSO薄膜性能的关键。通过精确地控制La2O3的掺杂浓度和沉积条件，研究人员可以期望改善这些特性，从而提升LSO在微电子器件中的实际应用潜力。 这项工作提供了关于La2O3掺杂非晶SiO2薄膜作为门极电介质的初步见解，强调了在材料设计和制备过程中对微观结构和电性能的细致研究对于高性能电子器件的重要性。后续的研究将可能围绕如何优化LSO的微观结构，以获得更理想的介电性能和长期稳定性展开。