Deliverables and Services - IHP Microelectronics

Si-basierte Lichtemission verursacht durch
Tunnelinjektion von Überschuss-Ladungsträgern
durch eine MIS-Struktur mit HfO 2
A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Bauelemente mit neuen Eigenschaften und Anwendungspotential
werden gesucht, um die „More than
Moore“-Strategie der Mikroelektronik mit Leben zu
erfüllen und damit die Grenzen der konventionellen
Halbleitertechnologie zu überwinden. Hier berichten
wir über die Erforschung einer lichtemittierenden MIS-
Struktur, die in SOI integriert werden kann.
Dazu haben wir die Eigenschaften von MIS-Stapeln
untersucht, die mittels AVD-Abscheidung dünner HfO 2 -
Schichten auf Si-Substrat hergestellt wurden und anschließend
mit einem Ti-Kontakt versehen wurden. An
der Grenzfläche zum Si befand sich eine ultradünne
SiO 2 -Schicht. Stapel mit HfO 2 -Schichten im Dickenbereich
zwischen 0,17 und 2,19 nm wurden untersucht.
Ein Teil der MIS-Stapel wurde einer Temperung in Formiergas
bei 400 °C unterzogen, um die Defektzustände
an der Grenzfläche zu passivieren. Die Strom-Spannungs-Kennlinien,
die im Bereich zwischen -10 und 10
V aufgenommen wurden, verhielten sich reproduzierbar
und zeigten keinerlei Hinweise auf Oxid-Durchbrüche.
Die Kennlinien wiesen das für solche Strukturen typische
Gleichrichtungsverhalten auf mit hohem Strom
in Fluss- und abnehmendem Strom in Sperr-Richtung
(Abb. 32).
Silicon Based Light emission with tunnel
Injection of excess Carriers via an MIS
Structure Based on Hfo 2
Devices with novel properties and application potential
are desired for the microelectronics development
strategy “More than Moore”, exploring areas beyond
the boundaries of conventional semiconductor technologies.
Here, we aim to design a light emitting MIS
structure that can be integrated in thin SoI layers.
We analysed the properties of MIS structures prepared
by AVD deposition of Hfo 2 on silicon substrates with
a titanium contact on top and a very thin Sio 2 at the
silicon- insulator interface. layers with thicknesses
of the Hfo 2 in the range from 0.17 to 2.19 nm were
studied. A part of the MIS structures was subjected
to a 400 °C annealing step in forming gas atmosphere
in order to passivate the surface defect states. the
current-voltage characteristics of the MIS structures
were found to be well reproducible in the voltage
range between -10 to 10 V, indicating no permanent
breakdown in the oxide. the characteristics exhibit
the typical rectifying behaviour for those structures
with strong forward and diminishing small reverse
current (Fig. 32).
Abb. 32: Vergleich von IV-Kennlinien von MIS-Strukturen mit und
ohne Temperung in Formiergas.
Fig 32: IV characteristics of MIS structures annealed in forming
gas and those subjected to no treatment.
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