Innovative Metall - Isolator - Metall Strukturen mit massgeschneiderten dielektrischen Eigenschaften durch gezielte Kationensubstitution

• Antragsteller: Dr. Rakesh Sohal
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 38273946

Innovative 3D Metall–Isolator-Metall (M-I-M) Kondensatorstrukturen mit maßgeschneiderten ultradünnen Dielektrika–Filmen sind für die weitere Skalierung der Si-basierten Dynamic Random Access Memory (DRAM) – Speichertechnologie von entscheidender Bedeutung. Hierbei ist die Wahl geeigneter Materialien auf Kombinationen miteinander kompatibler Metalle und Dielektrika beschränkt, die mittels Chemical Vapour Deposition (CVD) den Aufbau von 3D Architekturen erlauben. Titannitrid (TiN) – Metallelektroden und Aluminiumoxid (Al2O3) – Dielektrikaschichten bilden eine viel versprechende Materialkombination, doch materialphysikalische Probleme unter thermischer Belastung behindern bis dato die Integration in DRAM-Bauteile. Schlüsselparameter sind hierbei unkontrollierte Grenzflächenreaktionen, zu hohe Leckstromraten und zu niedrige Dielektrizitätskonstanten der M-I-M Strukturen. Ziel der hier geplanten Grundlagenstudie ist daher die gezielte Einstellung dieser materialphysikalischen Eigenschaften ultradünner Al2O3–Schichten durch kontrollierte Substitution des Aluminium (Al)-Untergitters durch Seltenerdkationen (Re)1 der Elemente Lanthan (La), Cer (Ce), Praseodym (Pr) und Neodym (Nd). Diese Seltenerd-Aluminate (RexAl2-xO3 (x = 0 bis 2)) - Filme variabler Zusammensetzung erlauben ferner das Studium der bis dato ungeklärten Physik der „resistiv memory“ – Effektes, bei denen der Isolator als Funktion der Spannung an der M-I-M Struktur reversibel ein bistabiles Schaltungsverhalten zwischen einem nieder- und hochohmigen Zustand zeigt, die ohne Spannung erhalten bleiben.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Gastgeber: Professor Dr. Thomas Schröder