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基于Ni电极和zro_2/sio_2/zro_2介质的MIM电容的导电机理研究

物理学报 2017年第8期66卷 287-294页

作者：刘骐萱王永平刘文军丁士进复旦大学微电子学院专用集成电路与系统国家重点实验室上海200433

研究了基于Ni电极和原子层淀积的zro_2/sio_2/zro_2对称叠层介质金属-绝缘体-金属(MIM)电容的电学性能.当叠层介质的厚度固定在14nm时,随着sio_2层厚度从0增加到2nm,所得电容密度从13.1 fF/μm^2逐渐减小到9.3fF/μm^2,耗散因子从0.025... 详细信息

研究了基于Ni电极和原子层淀积的zro_2/sio_2/zro_2对称叠层介质金属-绝缘体-金属(MIM)电容的电学性能.当叠层介质的厚度固定在14nm时,随着sio_2层厚度从0增加到2nm,所得电容密度从13.1 fF/μm^2逐渐减小到9.3fF/μm^2,耗散因子从0.025逐渐减小到0.02.比较MIM电容的电流-电压(I-V)曲线,发现在高压下电流密度随着sio_2厚度的增加而减小,在低压下电流密度的变化不明显,还观察到电容在正、负偏压下表现出完全不同的导电特性,在正偏压下表现出不同的高、低场I-V特性,而在负偏压下则以单一的I-V特性为主导.进一步对该电容在高、低场下以及电子顶部和底部注入时的导电机理进行了研究.结果表明,当电子从底部注入时,在高场和低场下分别表现出普尔-法兰克(PF)发射和陷阱辅助隧穿(TAT)的导电机理;当电子从顶部注入时,在高、低场下均表现出TAT导电机理.主要原因在于底电极Ni与zro_2之间存在镍的氧化层(NiO_x),且zro_2介质层中含有深浅两种能级陷阱(分别为0.9和2.3 eV),当电子注入的模式和外电场不同时,不同能级的陷阱对电子的传导产生作用.

关键词：金属-绝缘体-金属电容导电机理 zro2/sio2/zro2叠层介质 Ni电极

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