Adsorbat-modifiziertes Wachstum ultradünner Seltenerdoxid ... - E-LIB

4 Strukturelle und chemische Zusammensetzung von Seltenerdoxid-Filmen
auf Si(111)
Es konnte somit erstmals das Adsorbat-modifizierte Ce 2 O 3 -Wachstum auf Silizium
bei gleichzeitiger Aufklärung der Rolle der Adsorbate im Wachstumsprozess charakterisiert
werden. Dabei konnte gezeigt werden, dass die chemische und strukturelle
Beschaffenheit der Grenzfläche sowie die kristalline Qualität der Ce 2 O 3 Filme einem
komplexen Zusammenspiel zwischen dem zur Passivierung verwendeten Adsorbat
und den Präparationsbedingungen unterliegt.
Die Chlor-Passivierung von Si(111) führt ebenso für das Lanthanoxid-Wachstum zu
einer stark erhöhten kristallinen Qualität und unterdrückt genauso drastisch die Bildung
der Grenzflächen-Spezies. Darüber hinaus ist es durch die Chlor-Passivierung
überhaupt erst möglich, kristalline ultradünne Praseodymoxid-Filme bei niedrigen
Wachstumsraten auf Si(111) zu deponieren, wie in Zusammenarbeit mit der AG
Wollschläger (Universität Osnabrück) gezeigt werden konnte [184]. Deshalb ist davon
auszugehen, dass durch die geeignete Wahl der zur Passivierung verwendeten
Adsorbate höchstwahrscheinlich das epitaktische Wachstum sämtlicher Seltenerdoxide
gezielt beeinflusst werden kann.
Mit Hilfe von stehenden Röntgenwellenfeldern war es in der vorliegenden Arbeit
erstmals möglich, separate Strukturinformationen über die einzelnen ultradünnen
Seltenerdoxid-Filme zu erlangen. Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist Ce 2 O 3
auf La 2 O 3 auf Chlor-passiviertem Si(111) mit einer hohen vergleichbaren mittleren
kristallinen Qualität zu deponieren. In weiteren Studien sollte untersucht werden,
inwieweit sich die kristalline Qualität dieser Multilagen-Filme durch die geeignete
Wahl anderer Adsorbate und Präparationsbedingungen verbessern lässt, denn wie
Wong et al. [159] kürzlich zeigen konnten, sind CeO x /La 2 O 3 -Multilagen-Filme äußerst
interessante Kandidaten für die Anwendung als High-k-Gateoxid.
Mit Hilfe der Röntgenbeugung konnte das Adsorbat-modifizierte Wachstum von Seltenerdoxiden
mit Schichtdicken von einigen Nanometern untersucht werden. Dabei
konnte anhand der Chlor-Passivierung gezeigt werden, dass bei geeigneter Adsorbat-
Wahl und dem richtigen Verhältnis zwischen Sauerstoffhintergrunddruck und Cer-
Fluss pseudomorph verspannte Filme mit äußerst hoher Kristallinität und nahezu
abrupter Grenzfläche deponiert werden können. Weiterhin konnte nachgewiesen
werden, dass die Grenzfläche unter der Exposition der Ceroxid-Filme an ambienten
Bedingungen stabil ist und es zu einer Nachoxidation der Filme kommt. Die
Nachoxidation der Ceroxid-Filme hängt dabei entscheidend von der Kristallinität
der Filme ab. Je höher die Kristallinität desto höher ist der Oxidationszustand des
Ceroxid-Films nach der Exposition an ambienten Bedingungen.
Insgesamt konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass es durch das
Adsorbat-modifizierte Wachstum möglich ist, die Kristallinität der Seltenerdoxid-
Filme und die chemische und strukturelle Beschaffenheit der Grenzfläche ganz gezielt
zu beeinflussen. Dies ist für die Anwendung in der Mikroelektronik als High-k-
Gateoxid äußerst vielversprechend, da zusätzlich zur Anpassung des Bandoffsets, der
hauptsächlich für die Begrenzung des Leckstroms durch das Gateoxid verantwortlich
ist [185], und der dielektrischen Konstante durch geeignete Wahl von Seltenerdoxid-
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