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外延硅掺杂HfO?薄膜铁电性的起源
摘要： 基于HfO2的非传统铁电（FE）材料近期被发现，在学术界和工业界均引发高度关注。外延Si掺杂HfO2薄膜的生长为理解铁电性机制开辟了新途径。本研究采用脉冲激光沉积（PLD）技术在N型SrTiO3衬底的不同晶向生长外延Si掺杂HfO2薄膜。通过压电力显微镜可写入并读取极性纳米畴，这些畴能以180°相变实现可逆翻转。不同厚度的薄膜表现出约4～5 MV/cm的矫顽场Ec和8～32 μC/cm2的剩余极化Pr。X射线衍射（XRD）与高分辨透射电镜（HRTEM）结果表明，所生长的Si掺杂HfO2薄膜具有应变萤石结构。HRTEM观测到的Hf原子网格ABAB堆垛模式明确证实，该铁电性源自非中心对称Pca21极性结构。结合软X射线吸收谱（XAS）发现，Pca21铁电晶体结构因界面应变与Si掺杂相互作用导致O子晶格畸变，进而形成纳米尺度铁电有序态下的进一步晶体场分裂。
关键词： 高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、脉冲激光沉积（PLD）、X射线衍射（XRD）、铁电性、压电力显微镜（PFM）、X射线吸收谱（XAS）、外延硅掺杂氧化铪薄膜（Epitaxial Si-doped HfO2 thin films）、n型钛酸锶衬底（N-type SrTiO3 substrates）
更新于2025-11-14 17:04:02
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利用Al?O?/HfO?键合界面降低直接晶圆键合空隙率以制备高性能硅高k MOS光调制器的研究
摘要： 我们研究了采用薄键合介质界面的直接晶圆键合（DWB）方法，以制造具有薄等效氧化层厚度（EOT）的硅高k金属氧化物半导体（MOS）光调制器。为抑制高温退火过程中键合晶圆上空洞的产生，我们测试了Al2O3和HfO2等高k介质键合界面层。研究发现，结合700°C预键合退火工艺时，Al2O3/HfO2双层结构可实现无空洞晶圆键合。使用0.5纳米Al2O3/2.0纳米HfO2键合界面时，与单纯采用Al2O3界面相比，空洞密度降低了三个数量级。即使键合晶圆在700°C下退火，仍能实现约2×103 cm?2的空洞密度。通过热脱附光谱（TDS）分析发现，引入HfO2层及700°C预键合退火工艺成功抑制了键合界面的放气现象，这被认为是抑制空洞产生的关键因素。采用薄Al2O3/HfO2高k介质界面的晶圆键合技术，在制备硅高k MOS光调制器方面具有应用前景。
关键词： Al2O3，空位减少，MOS光调制器，高k电介质，HfO2，直接晶圆键合
更新于2025-09-23 15:21:01
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多畴掺锆二氧化铪铁电薄膜的开关动力学与建模
摘要： 基于HfO2的铁电材料因其负电容效应、高可扩展性及全CMOS兼容性，已成为先进存储应用领域备受关注的前沿材料。学界采用朗道-卡拉丁诺夫方程（LK模型）对HfO2薄膜的开关动力学展开了广泛讨论与模拟研究。尽管多数研究中模拟结果与实验数据相符，但在极化-电场曲线的矫顽场附近仍存在微小偏差。为建立更精确普适的模型，本研究提出融合传统LK模型与欧拉方程的新方法，并分别考察了单畴与多畴条件下的适用性。相较于LK模型，采用朗道-欧拉法获得的模拟曲线与实测数据的吻合度更优。
关键词： 极化-电场曲线，HfO2，开关动力学，铁电性
更新于2025-09-23 06:46:58
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两步后处理对HfO?/TiO?/SiO?多层高反射膜光学性能、微观结构及纳秒激光损伤阈值的影响
摘要： 采用电子束沉积的HfO2/TiO2/SiO2周期性多层高反膜分别经过两步后处理和热退火后处理。对比研究了薄膜的光学性能、微观结构、表面形貌及激光损伤阈值(LIDT)。结果表明：两步后处理增强了高反膜的致密度，降低了膜层表面粗糙度与缺陷。测试显示经两步后处理的HfO2/TiO2/SiO2高反膜LIDT达到32.8 J/cm2，较未处理膜提升110.26%；相比热退火后处理的高反膜，两步后处理使LIDT提高近27.6%。高反膜的两步后处理能有效去除膜表缺陷，减少膜内氧空位，从而进一步提升高反膜的激光损伤阈值。
关键词： 激光诱导损伤阈值，HfO2/TiO2/SiO2，两步后处理，热退火，多层高反射膜
更新于2025-09-19 17:13:59
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总电离剂量对基于Al?O?/HfO?/Al?O?电荷俘获存储单元电荷存储能力的影响
摘要： 由于离散电荷存储机制，电荷俘获存储器（CTM）技术是航空航天和军事任务的理想选择。本研究探讨了在原位10 keV X射线辐照下，采用Al2O3/HfO2/Al2O3（AHA）高k栅堆叠结构的CTM单元的总电离剂量（TID）效应。不同辐射剂量下的C-V特性表明，器件中存储的电荷在辐照过程中持续泄漏，从而导致平带电压（Vfb）发生偏移。直流存储窗口变化不明显，表明其具有良好的编程/擦除能力。此外，还分析了基于AHA的CTM中TID诱导辐射损伤的物理机制。
关键词： 总电离剂量效应、平带电压、电荷俘获存储器、Al2O3/HfO2/Al2O3、X射线
更新于2025-09-09 09:28:46
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化学、分子科学与化学工程参考模块 || 氧化铝、氧化铪和氧化钛超薄膜中的界面电势、本征缺陷与钝化机制
摘要： 为了在提供表面反应活性中心、表面钝化或调节表面电位等方面定制界面特性，超薄金属氧化物表面涂层具有重要意义。本文报道了通过原子层沉积（ALD）制备的Al2O3、HfO2和TiO2超薄膜在上述方面的适用性。我们选择这些金属氧化物是因为它们应用广泛：HfO2是微电子器件中替代SiO2的主要候选材料[1,2]；Al2O3 ALD薄膜已应用于硅基[3]及近年钙钛矿太阳能电池[4]的钝化方案；TiO2则在阻变器件[5]以及太阳能电池[6]、水分解装置[7,8]等能量转换应用中作为活性/非活性层具有吸引力（仅举数例）。ALD技术的优势包括：(i) 精确控制厚度以优化光吸收（耗尽层范围内）与电荷分离（更薄厚度）之间的平衡[7]；(ii) 高保形性可覆盖复杂结构并增强光吸收[7]；(iii) 通过掺杂W[7]或N[9,10]调控带隙窄化，从而实现可见光吸收。
关键词： Al2O3、HfO2、TiO2、超薄膜、界面势、本征缺陷、钝化机制、原子层沉积
更新于2025-09-04 15:30:14
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采用不同方法制备的YON对HfO?/Ge界面的钝化作用
摘要： 采用氮化钇(YON)界面钝化层(IPL)对HfO2/Ge界面进行钝化处理，以改善锗金属-氧化物-半导体(MOS)电容器的界面特性和电学性能。研究采用两种方法制备YON IPL：一种是在Ar+N2气氛中直接溅射Y2O3靶材沉积YON；另一种是先在Ar+N2气氛中溅射Y靶材沉积YN，再通过N2+O2退火将YN转化为YON。实验结果表明，后一种方法制备的MOS电容器由于能更有效抑制氧化锗的形成，可获得更优异的界面特性和电学性能。
关键词： 钝化、MOS电容器、溅射、YON、HfO2/Ge界面
更新于2025-09-04 15:30:14
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优化高k/InAlAs金属氧化物半导体电容器中HfO2-Al2O3层状介质的物理特性与漏电流特性研究
摘要： 高k值/ n型InAlAs金属氧化物半导体电容器在InAs/AlSb和InAlAs/InGaAs高电子迁移率晶体管的隔离栅极中应用广泛。本研究采用优化工艺成功制备了一种新型HfO?-Al?O?叠层介质的高k值/n型InAlAs金属氧化物半导体电容器。与传统HfO?/n型InAlAs电容器相比，该新型器件具有更大的等效氧化层厚度。通过对比研究两种介质结构（HfO?(8nm)-Al?O?(4nm)叠层与HfO?(4nm)-Al?O?(8nm)叠层）的器件，分析了HfO?与Al?O?厚度比对器件性能的影响。研究发现：采用HfO?(4nm)-Al?O?(8nm)叠层介质的器件表现出更低的等效氧化层电荷密度和显著更高的导带偏移量，在-3至2V偏压范围内漏电流可降至10??A/cm2以下的极低值。实验证明，HfO?厚度为4nm、Al?O?厚度为8nm的叠层介质能提升高k值介质在InAlAs材料上的性能表现，有利于后续应用拓展。
关键词： C-V特性、高k/InAlAs金属氧化物半导体电容器、HfO2-Al2O3层状介质、漏电流
更新于2025-09-04 15:30:14