Orientador: Prof. Dr. Segundo Nilo Mestanza Muñoz / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, 2014. / O presente trabalho de tese tem como principal objetivo o uso de nanoparticulas de Germanio (Ge) enterradas no oxido de porta de capacitores MOS (Metal-Oxido-Semicondutor), como possiveis centros de armazenamento de carga para aplicacoes em dispositivos de memoria de porta flutuante discreta. Para isto, uma primeira parte da pesquisa e dedicada a sintese e caracterizacao das nanoparticulas de Ge, com a finalidade de estabelecer os parametros de crescimento que permitam a obtencao de nanoparticulas com altas densidades, diametros de alguns nanometros e distribuicoes uniformes dentro do oxido. Com este proposito, um conjunto de amostras foram feitas em diferentes temperaturas e tempos de crescimentos utilizando o metodo de Deposicao Quimica em Fase Vapor em Baixas Pressoes (Low Pressure Chemical Vapor Deposition: LPCVD) como tecnica de fabricacao. Uma vez obtidas, as nanoparticulas foram caracterizadas estruturalmente utilizando as tecnicas Elipsometria, Microscopia de Forca Atomica (MFA), Espectroscopia Raman (ER), Microscopia Eletronica de Varredura (MEV), Espectroscopia de raios X por Dispersao de Energia (EXD) e Difracao de Raios X (DRX). Mediante estas caracterizacoes foi possivel verificar a formacao de nanoparticulas cristalinas de Ge sobre o oxido (SiO2) com altas densidades (da ordem de 1012 cm-2) e diametro medio < 10nm, bem como projetar o conjunto de parametro de processo a ser utilizados durante a fabricacao dos capacitores MOS. Uma vez obtidos os dispositivos, caracterizacoes eletricas foram realizadas mediante a analises das curvas de histereses de Capacitancia vs. Tensao (C-V) em alta frequencia (1MHz), Correntes vs. Tensao (I-V) e Tensao vs. tempo (V-t). Desta analise foi possivel testar as propriedades de memorias dos capacitores atraves do parametro gjanela de memoriah (memory window) obtido da largura das curvas de histereses C-V. Das curvas I-V determinamos os regimes de funcionamento de tensao e corrente dos capacitores bem como o mecanismo de transporte que os caracteriza, que no nosso caso foi o tunelamento Fowler-Nordheim (F-N). Para fundamentar essa afirmacao, foram simuladas as curvas I-V teoricas segundo este mecanismo de transporte (F-N) a partir do modelo estabelecido por Chakraborty et. al., e comparadas com os resultados experimentais obtidos. A partir desta simulacao, foi possivel determinar a influencia que as nanoparticulas de Ge enterradas dentro do oxido de porta, tem no desempenho final dos dispositivos. Das curvas V-t foi possivel estimar, com uma boa aproximacao, os tempos de descarga dos nossos dispositivos mediante o uso de um circuito RC em serie. Como resultado
final foram obtidos dispositivos com janelas de memoria de 11.92V, densidade de carga armazenada por nanoparticula de 6.61~1012 cm-2 e tempos de descarga de ~201.8¿Ês. Tambem se comprovou que a presenca de nanoparticulas de Ge no oxido leva a diminuicao da barreira de potencial oxido de tunelamento/substrato de silicio, bem como melhora as propriedades dieletricas do oxido. / The present work has as main goal, the use of germanium (Ge) nanoparticles embedded in the gate oxide of MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) capacitors, as possible centers of charge storage for discrete-floating gate memory devices applications. For this, the first part of the research is devoted to the synthesis and characterization of Ge nanoparticles in order to establish the growth parameters which allow obtaining nanoparticles with high densities, diameters of a few nanometers and uniform distribution within the oxide. With this purpose, a set of samples were made at different growth temperatures and times, using the method of Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD), as fabrication technique. Once nanoparticles were obtained, structural characterizations were performed using the following techniques: Ellipsometry, Atomic Force Microscopy (AFM), Raman Spectroscopy (RS), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX) and X-ray Diffraction (XRD). Through these characterizations it was possible to verify the formation of crystalline Ge nanoparticles above the oxide (SiO2), with a high densities (in the order of 1012 cm-2) and an average diameter < 10nm, as well as designing the set of process parameter to be used during the fabrication of MOS capacitors. Once the devices were made, electrical characterizations were performed by analysis of hysteresis curves Capacitance vs. Voltage (C-V) for high frequency (1MHz), Current vs. Voltage (I-V), and voltage Vs. Time (V-t). From I-V curves, we determine the voltage and current operation regimes of the capacitors as well as the transport mechanism that characterizes them, which in our case was Fowler-Nordheim tunneling (F-N). To support this claim, the theoretical I-V curves were simulated under this transport mechanism (F-N) from the model established by Chakraborty et. al. and were compared with the experimental results. From this simulation, it was possible to determine the influence that the presence of the Ge nanoparticles embedded in the gate oxide has on the final performance of the devices. From V-t curves, it was possible to estimate with a good approximation, the discharge time of our devices by using an RC series circuit. As a final result, were obtained devices with memory windows of 11.92V, charge density stored for nanoparticle of 6.61 ~ 1012 cm-2 and discharge times of ~201.8¿Ês. Also we observed that the presence of Ge nanoparticles in the oxide leads to a
decrease of the potential barrier between the tunneling oxide and silicon substrate, and improve the dielectric properties of the oxide.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:BDTD:76809 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Vidal, Melissa Mederos |
| Contributors | Muñoz, Segundo Nilo Mestanza, Schoenmaker, Jeroen, Doi, Ioshiaki, Teixeira, Ricardo Cotrin |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf, 196 f. : il. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFABC, instname:Universidade Federal do ABC, instacron:UFABC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=76809&midiaext=70041, http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=76809&midiaext=70042, Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.brphp/capa.php?obra=76809 |
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