Оптические свойства тонких слоев HfxTi1-xO2 (1

Abstract

Пленки HfxTi1-xO2 (0≤x≤1) являются перспективным high-k диэлектриком для КМОП-технологий и создания оптоэлектронных систем фотоники. Комбинирование соотношения Hf:Ti в пленке позволяет перестраивать значения диэлектрической проницаемости и ширины запрещенной зоны в зависимости от концентрации Hf и Ti. Ввиду изовалентности Hf и Ti ожидается, что при допировании не должно возникать высокой концентрации вакансий кислорода, являющихся причиной токов утечки. Перспективы использования пленок HfxTi1-xO2 в оптоэлектронных приборах описаны в работе [1]. Пленки HfxTi(1-x)O2 получены в данной работе методом молекулярного наслаивания на установке Sunale R-200 Picosun OY, Finland. В качестве предшественников использовались тетракис (этилметиламид) гафния (IV) [Hf(NC2H5CH3)4, общепринятое сокращение – TEMAH] и тетрахлорид титана (IV) [TiCl4] в комбинации с парами H2O. Последовательное проведение циклов наслаивания компонентов в заданном соотношении m/n (m, n - Hf, Ti-содержащие компоненты) получена серия пленок толщиной d~50 нм с соотношением m:n = 1:0, 1:5, 1:3, 1:1, 3:1, 5:1, 0:1 [2]. Данные рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) показывают, что отношение содержания элементов в пленках близко к отношению m/n (см. табл. 1). Дисперсионные зависимости показателя преломления, n(E) и коэффициента экстинкции k(E) пленок HfxTi(1-x)O2 рассчитывались по данным спектральной эллипсометрии. Для этого спектральные зависимости эллипсометрических параметров Ψ(E) и Δ(E) измерялись на спектральном эллипсометре “ELLIPS-1991” в диапазоне энергий фотонов 1.12-4.96 эВ. Дальнейший расчет зависимостей n(E) и k(E) проводился в приближении модели однослойной отражающей системы с использованием дисперсионной модели Таука-Лорентца [3]. Эллипсометрические измерения и расчеты показали, что при величинах энергии фотона E < 3 эВ исследованные в работе пленки TiO2, HfO2 и HfxTi(1-x)O2 могут рассматриваться как прозрачные, тогда как при E > 3 эВ в пленках становится заметно поглощение света. Величины показателя преломления, n закономерно увеличиваются с увеличением содержания Ti в пленках в пределах 2.08-2.46 (см. табл. 1). Оценка ширины запрещенной зоны, Eg из данных 2-х осцилляторной модели Таук-Лорентца показывает ее изменение в широких пределах от HfO2 (5.49 эВ) до TiO2 (3.32 эВ).