TY - THES A1 - Calvet, Wolfram T1 - Präparation und in-situ Charakterisierung MBE-gewachsener Kupferindiumdisulfid-Schichten T1 - Preparation and in-situ characterisation of MBE-grown Copperindiumdisulfid-layers N2 - Die vorliegende Arbeit behandelt CuInS2-Filme, die mittels Molekularstrahlepitaxie auf einkristallinen Si- und GaAs-Substraten unterschiedlicher Orientierung abgeschieden wurden. In-situ kamen dabei photoelektronenspektroskopische Analysemethoden und die Beugung niederenergetischer Elektronen zum Einsatz. Ex-situ wurden die Filme mittels Röntgenstrukturanalyse, Ionenrückstreuung und Photolumineszenz untersucht. Zunächst wurde die Bandanpassung des Si(111)/CuInS2(112)-Heteroübergangs bestimmt, wobei die Grenzfläche durch das Auftreten von Fremdphasen und durch Interdiffusion nicht ideal und stark gestört erscheint. Es wurde ein Grenzflächendipol von etwa 1 eV ermittelt. Der Vergleich der chemischen Zusammensetzung an der Filmoberfläche und im Filmvolumen deutet auf einen Konzentrationsgradienten in der Schicht hin. Unabhängig vom Cu/In-Verhältnis wurde eine schwefelarme Oberfläche gefunden. Zudem zeigen Cu-reiche CuInS2-Filme unabhängig von der Substratorientierung ein [112]-orientiertes Wachstum, wogegen im In-reichen Präparationsregime die Kristallorientierung des Substrates übernommen wird. N2 - The presented work is dealing with CuInS2-films prepared on single crystaline Si and GaAs substrates of different orientation using molecular beam epitaxy. For in-situ analysis, photoelectron spectroscopy and low energy electron diffraction were used. Ex-situ, the films were investigated with x-ray diffraction, Rutherford backscattering and photoluminescence. First of all, the band alignment of the Si(111)/CuInS2(112) heterocontact was determined. The interface seems not ideal and is strongly disturbed due to the occurence of additional phases and interdiffusion. An interface dipole of about 1 eV was measured. The comparision of the surface and the volume composition indicates a gradient in concentration within the CuInS2-layer. In both, the In-rich and the Cu-rich regime of preparation, a sulfur poor surface was found. On the other side, Cu-rich CuInS2-films were [112] orientated independently of the substrate orientation, whereas in the In-rich regime the crystal orientation of the substrate was adepted. KW - Kupferindiumsulfid KW - Dünne Schicht KW - Molekularstrahlepitaxie Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000242 ER - TY - THES A1 - Gerlich, Lukas T1 - In situ ARXPS Charakterisierung von tantalbasierten Barriereschichten T1 - In situ characterization of tantalum based barrier films N2 - Als eine Folge der Miniaturisierung aller integrierten elektrischen Bauteile wird der spezifische Widerstand der TaN/Ta Doppelsperrschichten ein zunehmend wichtiger Parameter für die Schaltgeschwindigkeit beim 32 nm Technologieknoten. In Rahmen dieser Arbeit wird die Optimierung der Abscheidung von TaN/Ta Stapeln durchgeführt, mit dem Ziel die Tantalnitridschichtdicke zu minimieren und das Tantal in der leitfähigeren alpha-Phase wachsen zu lassen. Im ersten Teil der Studie wurde in situ ARXPS verwendet, um das Wachstum von verschiedenen Tantalnitridschichten auf SiO2 und SiCOH in Abhängigkeit der Abscheidezeit, des Stickstoffflusses und der Abscheideleistung zu untersuchen. Im zweiten Teil wurde die kristalline Phase 20 nm dicken Tantal Schichten abgeschieden auf verschiedenen Tantalnitridschichten, die in der Wachstumsstudie vorgestellt worden sind, untersucht. Die wichtigsten Erkenntnisse sind das Auftreten von Tantalkarbid und Tantalsilizid als Zwischenschichtverbindungen bei der Abscheidung auf SiCOH und nur Tantalsilizid für die Abscheidung auf SiO2. Demzufolge wächst alpha-Tantal vorzugsweise auf Tantalkarbid und stickstoffreichen Zwischenschichten, während Silizid an der Schnittstelle das Wachstum von beta-Tantal fördert. Um die Ergebnisse zu überprüfen, wurden zwei weitere Modifikationen des Interfaces untersucht. So wurde eine kleinere Bias-Leistung für eine Abscheidung von Tantalnitrid auf SiO2 benutzt, um die Rolle des Tantalsilizids zu bestätigen. Außerdem wurde eine thermische Behandlung einer dünnen Tantalschicht auf SiCOH durchgeführt, um die Rolle des Tantalkarbids zu bestätigen. Schließlich ergab die Kontaktwiderstandsmessung in Viaketten auf strukturierten Wafern für vier ausgewählte Prozesse tendenziell den gleichen Verlauf wie die Schichtwiderstandsergebnisse der entsprechenden Barrierenaufbauten der Experimente auf blanken Testwafern. N2 - As a consequence of device shrinking the resistivity of the widely used TaN/Ta double barrier layer becomes an increasingly important parameter for device speed beyond the 32nm technology node. In this study the optimization of the deposition of TaN/Ta stacks was performed in such a way that tantalum nitride layer thickness is minimized and tantalum grows in the favorable conducting alpha-phase. In the first part of the study in situ ARXPS was used to investigate the growth of different tantalum nitride layers on SiO2 and SiOCH as a function of deposition time, nitrogen flow and deposition power. In the second part the crystalline phase of 20 nm thick tantalum layers deposited on top of the same series of tantalum nitride layers characterized in the growth study was analyzed. The main findings are the appearance of tantalum carbide and tantalum silicide as interface species for the deposition on SiOCH and only tantalum silicide for the deposition on SiO2. So alpha-tantalum grows preferably on tantalum carbide and nitrogen rich intermediate layers whereas silicide at the interface promotes the growth of beta-tantalum. To verify these findings two additional modifications of the interface were studied. A lower bias power for a deposition of tantalum nitride on SiO2 was used to confirm the role of tantalum silicide and a thermal treatment of a thin tantalum layer on SiOCH was applied to confirm the role of tantalum carbide. Finally, the contact resistance in via chains on patterned wafers for four selected processes showed the same trends as the sheet resistance of the corresponding barrier films on blanket wafer experiments. KW - Photoelektronenspektroskopie KW - Tantal KW - ARXPS KW - Barriere KW - Interface KW - Tantalum KW - ARXPS KW - Barrier KW - Interface Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-28485 ER - TY - THES A1 - Meier, Ulrich T1 - Grenzflächenverhalten und Morphologie des ZnO/Si-Heterokontaktes N2 - Als Modellsystem für gleichrichtende Heterokontakte von Dünnschichtsolarzellen wurden polykristalline ZnO-Filme auf Si mittels Magnetron-Sputtern und metallorganischer Gasstrahldeposition (MOCBD) abgeschieden. Mit Photoelektronenspektroskopie wurden bis zu 3 chemische Grenzflächenkomponenten gefunden: SiOx, eine Willemit-artige Mischphase und reduziertes Zn0. Letzteres kann über die Sputterparameter Bias-Potenzial und O2-Partialdruck kontrolliert werden. Mit MOCBD wurden auf Si(111):H abrupte Heterokontakte präpariert. Ferner tritt an Korngrenzen und der Oberfläche Hydroxid auf. Dies kann durch Heizen entfernt werden. Während der Messungen traten energetische Verschiebungen der Spektren auf, die die Auswertung der Grenzflächenenergetik stören. Zur Erklärung wurde folgendes Modell entwickelt: In einem schnellen Oberflächenprozess findet Photolyse von Hydroxid statt, wodurch H2O oder mobile OH-Gruppen gebildet werden, die Sauerstoffvakanzen ausheilen und so die n-Dotierung vermindern. In einem langsameren Volumenprozess wird durch Photolyse von ZnO die n-Dotierung erhöht. N2 - As a model system for rectifying heterojunctions of thin film solar cells polycrystalline ZnO-films on Si were prepared by magnetron sputtering and metal organic chemical beam deposition (MOCBD). With photoelectron spectroscopy up to 3 chemical interface components were found: SiOx, a willemite-like mixed phase and reduced Zn0. The latter can be controlled with the sputter-deposition parameters Bias-potential and O2 partial pressure. With MOCBD abrupt heterojunctions were prepared on Si(111):H. In addition hydroxide occurs at grain boundaries and at the surface. It can be removed by heating. During the measurement energetic shifts were observed, that interfere with the analysis of the interface energetics. As an explanation the following model was developed: In a fast surface process photolysis of hydroxide occurs, which leads to H2O or mobile hydroxides that react with oxygen vacancies and lower the n-type doping. In the volume n-type doping is slowly increased by photolysis of ZnO. KW - Silicium KW - Zinkoxid KW - Magnetronsputtern KW - MOCVD-Verfahren KW - Photoelektronenspektroskopie KW - ZnO KW - Si KW - Interface reaction KW - XPS KW - PES Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000551 ER - TY - THES A1 - Schweizer, Stefan T1 - Dynamisches Verhalten von Silizium-Elektroden in Fluor-haltigen Elektrolyten N2 - Einige Effekte von Silizium sind bis heute ungeklärt. Dazu zählt Oxidation von hoch-dotiertem n-Si in Fluor-haltigen Säuren im Dunkeln. Diese Oxidation wurde erstmals systematisch untersucht und zur Grundlage eines Modells für Elektroneninjektion gemacht. Die angenommenen Oberflächenkomplexen erklären den Einsatz der Kennlinien. Weitere Untersuchungen zur Identifizierung des Komplexes sowie seiner energetischen Position bieten sich an. Mit zyklischen Voltammogrammen wurde gezeigt, dass die Vorschubgeschwindigkeit des Potentials entscheidend für die Gestalt der Kennlinien ist. Schon 20mV/s ist für das untersuchte System zu schnell, um einen Gleichgewichtszustand zu erreichen. Dies wird durch die Ausbildung von Hysteresen klar erkennbar. Der initielle Strompuls zeigt eine vielfache Stromdichte gegenüber den bekannten Werten der nachfolgenden Oszillationspulse. Die Wasserstoff-terminierte Grenzfläche wird innerhalb weniger Zehntelsekunden oxidiert und passiviert. Alle nachfolgenden Strompulse können als weniger gut synchronisierte Oxidationen verstanden werden. N2 - Some effects of the well investigated element silicon are still under discussion. One of them is the oxidation of highly doped n-type silicon in the dark in acids containing fluorine. This oxidation was investigated systematically for the first time, and a model for the injection of electrons was established. The assumed surface complexes can explain the onset of the current-voltage-characteristics evidently. Further investigations to identify the complex and its energetic position are necessary. Cyclic voltammograms showed that the scan velocity of the potential is crucial for the shape of the cyclic voltammograms. Even a scan velocity of 20mV/s is too high to keep the system in a steady state. The appearance of hysteresises clearly show this correlation. The initial current is several times higher compared to the typical values of the following oscillation pulses. The hydrogen terminated interface is oxidized and hereby passivated within a few tenths of a second. All following current pulses could be recognized as imperfect synchronized oxidations. KW - Silicium KW - Elektrochemische Oxidation KW - Cyclovoltammetrie KW - Silizium KW - Oxidation KW - Voltammogramm KW - Injektion ; AFM Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000526 ER - TY - THES A1 - Städter, Matthias T1 - Untersuchungen zu Fanoresonanzen in der resonanten Photoelektronenspektroskopie T1 - Fanoresonances in the resonant photoelectron spectroscopy N2 - Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stehen die Untersuchung von Fanointerferenzen innerhalb der wissenschaftlichen Methode der resonanten Photoelektronenspektroskopie. Basis dieser Methode ist die Interpretation aus dem Festkörper emittierter Elektronen. Die detektierten Elektronen können dabei aus direkten Photoemissionen oder Deaktivierungsprozessen (Spectator-/Participator-Zerfälle) nach resonanten Anregungen von Rumpfelektronen stammen. Führen beide Prozesse zum selben Systemendzustand, können die emittierten Elektronen interferieren, was sich in der Ausprägung eines charakteristischen Intensitätsprofils, dem Fano-Profil, äußert. Die Form des Intensitätsprofils kann dabei über den Fanoparameter q beschrieben werden. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte die Diskussion von Fanointerferenzen an organischen (HOPG, Graphenflocken) und oxidischen (CuO, In2O3, SiO2) Materialsystemen. Im HOPG und den untersuchten Graphenflocken konnten mittels der Analyse der Fanoprofile exzitonische Zustände innerhalb der Bandlücke nachgewiesen werden. Durch die Untersuchungen am CuO konnte die Variation des Fanoparameters in Abhängigkeit vom Grundzustand des Systems gezeigt werden. Die für die untersuchten In2O3 Einristalle beobachteten Interferenzen beruhen auf der Existenz besetzter Zustände an der Fermienergie. Abschließend konnte eine Korrelation des jeweils auftretenden Fanoparameters mit den beobachteten multi-hole-Auger-Zerfällen nachgewiesen werden. N2 - In the framework of this thesis Fano-interferences within the scientific method of resonant photoemission spectroscopy are discussed. In photoemission spectroscopy electrons, emitted from the sample, are investigated. These emitted electrons can arise from different processes (direct photoemission, spectator/participator decays) within the deactivation of the sample after photon excitation. If more than one decay process leads to the same final state, the emitted electrons can interfere. This will, depending on the photon energy, result in a characteristic profile (Fano-profile) of the detected electron yield. The shape of these profile can be described by one parameter, the Fano-parameter q. In this thesis Fano profiles in organic (HOPG, Graphene-flakes) and oxidic (CuO, In2O3, SiO2) systems are discussed. From the analysis of the Fano profile in the organic systems the existence of excitonic states within the bandgap of the materials have been confirmed. For CuO a dependence of the Fano-profile from the ground state of the material is discussed. The investigation of In2O3 single crystals revealed the existence of filled states close to the Fermi energy in this material. Finally a correlation between the observed Fano parameters and the appearance of multi hole Auger decays was proven. KW - Fano KW - Fanointerferenzen KW - Festkörperphysik KW - In-gap Zustände KW - Resonante Photoelektronenspektroskopie KW - Fano-Effekt KW - Photoelektronenspektroskopie Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-31860 ER - TY - THES A1 - Sohal, Rakesh T1 - CVD growth of (001) and (111) 3C-SiC epilayers and their interface reactivity with praseodymium oxide dielectric layers T1 - CVD-Wachstum von (001) und (111) 3C-SiC Epi-Schichten und ihre Grenzflächenreaktivität mit dielektrischen Praseodymiumoxidschichten N2 - In this work, growth and characterisation of 3C-SiC thin films, investigation of oxidation of thus prepared layers and Pr-silicate and AlON based interface with SiC have been studied. Chemical vapor deposition of 3C-SiC thin films on Si(001) and Si(111) substrates has been investigated. Prior to the actual SiC growth, preparation of initial buffer layers of SiC was done. Using such a buffer layer, epitaxial growth of 3C-SiC has been achieved on Si(111) and Si(001) substrates. The temperature of 1100°C and 1150°C has been determined to be the optimal temperature for 3C-SiC growth on Si (111) and Si(001) substrates respectively. The oxidation studies on SiC revealed that a slow oxidation process at moderate temperatures in steps was useful in reducing and suppressing the g-C at the SiO2/SiC interface. Clean, graphitefree SiO2 has been successfully grown on 3C-SiC by silicon evaporation and UHV anneal. For the application of high-k Pr2O3 on silicon carbide, plausible interlayer, Pr-Silicate and AlON, have been investigated. Praseodymium silicate has been prepared successfully completely consuming the SiO2 and simultaneously suppressing the graphitic carbon formation. A comparatively more stable interlayer using AlON has been achieved. This interlayer mainly consists of stable phases of AlN along with some amount of Pr-aluminates and CN. Such layers act as a reaction barrier between Pr2O3 and SiC, and simultaneously provide higher band offsets. N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wird das Wachstum und die Charakterisierung von 3C-SiC Filmen, deren Oxidation, sowie das darauf präparierte Pr-Silikat und die AlON abgeleitete Grenzfläche untersucht. Dünne 3C-SiC Filme wurden auf Si(001) und Si(111) Oberflächen mit Hilfe von Chemical Vapor Deposition Verfahren hergestellt. Vor dem eigentlichen SiC-Wachstum wurde eine SiC Zwischenschicht präpariert. Durch diese Buffer-Schicht wurde das epitaktische Wachstum von 3C-SiC auf Si(111) und Si(001) erst ermöglicht. Als optimale Präparationstemperaturen für 3C-SiC auf Si(111) und Si(001) konnten 1100°C und 1150°C gefunden werden. Im Verlaufe der Oxidation hat sich ein langsamer Stufenprozess mit moderaten Temperaturen als hilfreich erwiesen, um die Graphitisierung an der SiO2/SiC Grenzfläche zu minimieren. Sauberes, graphitfreies SiO2 konnte somit auf 3C-SiC mit Hilfe von Si-Evaporation und Heizen im Vakuum hergestellt werden. Für mögliche Anwendung von Pr2O3 auf Siliziumkarbid als high-k Dielektrikum wurden weiterhin Pr-Silikate und AlON untersucht. Praseodymium-Silikat konnte erfolgreich auf der SiO2 Oberfläche abgeschieden werden und gleichzeitig die Graphitisierung verhindert werden. Im Vergleich hierzu konnten sehr stabile Grenzflächen mit AlON hergestellt werden. Diese Grenzflächen bestehen hauptsächlich aus AlN mit Anteilen von Pr-Al Komplexen. Diese Schichten können als Reaktionsbarrieren zwischen Pr2O3 und SiC dienen und gleichzeitig den Band-Offset vergrößern. KW - Siliciumcarbid KW - Kristallfläche KW - Dielektrische Schicht KW - CVD-Verfahren KW - Oxidation KW - Oxidation Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-121 ER - TY - THES A1 - Mai, Alexander T1 - Aluminium based micro mirrors exposed to UV laser light – in situ performance and degradation T1 - Aluminium basierte Mikrospiegel unter UV-Laserbestrahlung – in situ Verhalten und Alterung N2 - The present thesis characterises aluminium based micro mirrors exposed to UV laser light. Such micro mirrors, used in highly integrated spatial light modulators, can for example be used as programmable masks in DUV micro lithography. Therefore they are sensitive to any performance loss arising from material degradation or changes in the mirror curvature. The key question addressed in this thesis is the investigation of the in situ curvature change, which means characterisation during a real laser irradiation. For this purpose a measuring station was designed, combining a phase-shift interferometer, an optical microscope and the laser irradiation of the sample at 248nm. The Phase-shift interferometry technique used is a very sensitive contactless optical measurement principle, which allows a resolution of the sample surface in the single-digit nanometer range. A multitude of irradiation tests were performed to describe the change of mirror curvature as a function of different irradiation parameters such as the pulse energy, the laser repetition rate or the ambient atmosphere. The most significant effect was detected by the variation of the applied pulse energy, which was in the range of 10⁻⁵J/cm²-10⁻²J/cm². A general conclusion was that a minimum energy of 10⁻⁵J/cm² at a repetition rate of 1kHz is required to detect any laser induced change of the mirror curvature. At higher energy levels two characteristic behaviours can be distinguished. Up to a level of 10⁻³J/cm² the mirrors show a permanent concave bowing in the range of λ/100. A further increase of the pulse energy causes an accumulating bowing in the opposite direction (convex) of λ/10 within some ten million laser pulses. However this convex bowing partially relaxes after the irradiation is stopped. Another aspect of the thesis was the determination of laser induced material degradation. For this purpose irradiated mirrors were investigated by means of different devices and analytical techniques such as atomic force microscopy (AFM), reflectometry and transmission electron microscopy (TEM). The AFM analysis showed a slight increase of surface roughness and a directional change of the grain size. As a result of the TEM analysis it turned out that arrangement and shape of the grains seems not to have changed. But after the irradiation the growth of a porous oxide layer up to 20nm on the upper mirror surface was noticed. Finally different hypotheses are proposed to explain the mechanisms behind the observed concave and convex bowing at particular pulse energies. In this connection it is assumed that the mirrors at pulse energies larger than 10⁻³J/cm² do not show a static bowing at all. It is rather assumed that the mirror bow oscillates with the laser repetition rate. N2 - Die vorliegende Arbeit behandelt die Charakterisierung Aluminium-basierter Mikrospiegel unter UV-Laserbestrahlung. Eben solche Mikrospiegel werden in hochintegrierten räumlichen Lichtmodulatoren verwendet und z.B. als programmierbare Masken in der DUV- Mikrolithographie eingesetzt. Entsprechend empfindlich verhalten sie sich gegenüber Verlusten ihrer Funktionseigenschaften z.B. durch Degradation des Spiegelmaterials oder Änderungen der Spiegeltopographie. Die Kernfrage dieser Arbeit ist die Untersuchung der in situ Krümmungsänderung unter Laserbestrahlung. Zu diesem Zweck wurde ein Messplatz entworfen. Dieser kombiniert ein phasenschiebendes Interferometer (PSI) mit optischem Mikroskop und Laserbestrahlung bei 248nm. PSI ist ein sehr empfindliches optisches Messprinzip und ermöglicht die Auflösung der untersuchten Oberfläche im einstelligen Nanometerbereich. Eine Vielzahl von Bestrahlungstests wurde durchgeführt, um die Krümmungsänderung der Spiegel in Abhängigkeit verschiedener Bestrahlungsparameter zu untersuchen. Der größte Effekt wurde bei der Variation der Laserpulsenergie (im Bereich 10⁻⁵J/cm²-10⁻²J/cm²) beobachtet. Hierbei hat sich gezeigt, das erste Änderungen der Krümmung bei Werten von 10⁻⁵J/cm² detektiert wurden. Bei höheren Pulsenergien können zwei typische Verhaltensweisen unterschieden werden. Bis zu 10⁻³J/cm² zeigen die Spiegel eine permanente konkave Krümmungsänderung von λ/100. Die weitere Erhöhung der Pulsenergie führt jedoch zu einer Änderung in entgegengesetzter Richtung (konvex). Diese summiert sich innerhalb einiger 10 Millionen Pulse zu Werten von λ/10 auf. Außerdem zeigt diese konvexe Krümmungsänderung eine teilweise Relaxation nach Beendigung der Bestrahlung. Ein weiterer Aspekt der Arbeit war die Bestimmung möglicher laserinduzierter Alterung des Spiegelmaterials. Zu diesem Zweck sind bestrahlte und unbestrahlte Spiegel mittels verschiedener analytischer Techniken untersucht worden. Hierzu gehörten die Rasterkraftmikroskopie (AFM), die Reflektometrie und die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM). Die AFM Messungen zeigten eine geringfügige Erhöhung der Oberflächenrauheit und eine richtungsabhängige Änderung der Korngröße. Die TEM Analysen haben gezeigt, dass sowohl Anordnung und Form der Körner keine deutliche Änderung aufweisen. Jedoch wurde bei bestrahlten Proben eine porösen Oxidschicht von bis zu 20nm auf der oberen Spiegelfläche detektiert. Abschließend wurden verschiedene Hypothesen aufgestellt, um die Mechanismen der beobachteten konkaven und konvexen Krümmungsänderung zu erklären. In diesem Zusammenhang wird angenommen, dass Spiegel bei Pulsenergien oberhalb 10⁻³J/cm² an sich keine statische Verkrümmung aufweisen. Vieles spricht für eine dynamische Änderung (Oszillation) der Krümmung mit der Laserwiederholrate. KW - SLM KW - Micro mirror array KW - MOEMS KW - Laser exposure KW - In situ KW - Kippspiegel KW - Aluminium KW - Ultraviolett-Bestrahlung KW - Laser KW - In situ KW - Mikrospiegel KW - Laserbestrahlung KW - MOEMS KW - SLM Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-31497 ER - TY - THES A1 - Goryachko, Andriy T1 - Investigations of perspective materials for aggressively scaled gate stacks and contact structures of MOS devices N2 - The thesis discusses a fundamental question of reconstruction on the Si(100) surface as well as three material combinations, which are important for perspective microelectronics technologies: Si/Pr2O3/Si(100), W/WNx/poly-Si/SiO2/Si(100), and CoSix/Si(100). A refined mixed ad-dimer model is developed for the Si(100)-c(4´4) reconstruction on the basis of scanning tunnelling microscopy investigations. A thermal stability of Pr2O3/Si(100) and Si/Pr2O3/Si(100) structures is studied with ion sputtering assisted Auger electron spectroscopy. The latter technique is also applied for precise determination of O and N content in the new W/WNx/poly-Si/SiO2/Si(100) structure, and to study the preferential sputtering of Si in CoSi2, CoSi, and Co2Si phases on Si(100) surface. The WSix/poly-Si/SiO2/Si(100) system, which was previously used in microelectronics, is studied for comparison. The preferential sputtering of Si in WSix is shown to be qualitatively similar as in the CoSix case. N2 - Die Arbeit beschäftigt sich mit einer grundlegenden Frage der Rekonstruktion auf der Si(100) Oberfläche sowie mit drei Materialkombinationen deren Bedeutung für perspektivische Mikroelektronik-Technologien sind: Si/Pr2O3/Si(100), W/WNx/poly-Si/SiO2/Si(100), und CoSix/Si(100). Ein verbessertes gemischtes "ad-dimer" Modell war für die Si(100)-c(4´4) Rekonstruktion auf dem Grund der neuesten Raster Tunnel Mikroskopie Untersuchungen entworfen worden. Die thermische Stabilität der Pr2O3/Si(100) und Si/Pr2O3/Si(100) Systeme war mit der Hilfe von Auger Elektronen Spektroskopie und Ionen Bestrahlung untersucht worden. Diese Methode ist auch für die genaue Messung von O und N Inhalt in W/WNx/poly-Si/SiO2/Si(100) Strukturen verwendet, sowie um das selektive Sputtern von Si in CoSi2/Si(100), CoSi/Si(100), Co2Si/Si(100), und WSix/poly-Si/SiO2/Si(100) Systemen festzustellen. Es wurde gezeigt, daß das selektive Sputtern von Si in den obengenannten Systemen qualitativ ähnlich läuft. KW - Silicium KW - Kristallfläche KW - Praseodymoxide KW - MOS Wolframnitride KW - Dünne Schicht KW - Silicon KW - Praseodymium oxide KW - Tungsten nitride KW - Tungsten silicide KW - Cobalt silicide Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-000000342 ER - TY - THES A1 - Dudek, Piotr T1 - Atomic scale engineering of HfO2–based dielectrics for future DRAM applications T1 - Engineering auf atomarer Skala von HfO2-basierten Dielektrika für künftige DRAM Anwendung N2 - Modern dielectrics in combination with appropriate metal electrodes have a great potential to solve many difficulties associated with continuing miniaturization process in the microelectronic industry. One significant branch of microelectronics incorporates dynamic random access memory (DRAM) market. The DRAM devices scaled for over 35 years starting from 4 kb density to several Gb nowadays. The scaling process led to the dielectric material thickness reduction, resulting in higher leakage current density, and as a consequence higher power consumption. As a possible solution for this problem, alternative dielectric materials with improved electrical and material science parameters were intensively studied by many research groups. The higher dielectric constant allows the use of physically thicker layers with high capacitance but strongly reduced leakage current density. This work focused on deposition and characterization of thin insulating layers. The material engineering process was based on Si cleanroom compatible HfO2 thin films deposited on TiN metal electrodes. A combined materials science and dielectric characterization study showed that Ba added HfO2 (BaHfO3) films and Ti added BaHfO3 (BaHf0.5Ti0.5O3) layers are promising candidates for future generation of state of the art DRAMs. In especial a strong increase of the dielectric permittivity k was achieved for thin films of cubic BaHfO3 (k~38) and BaHf0.5Ti0.5O3 (k~90) with respect to monoclinic HfO2 (k~19). Meanwhile the CET values scaled down to 1 nm for BaHfO3 and ~0.8 nm for BaHf0.5Ti0.5O3 with respect to HfO2 (CET=1.5 nm). The Hf4+ ions substitution in BaHfO3 by Ti4+ ions led to a significant decrease of thermal budget from 900°C for BaHfO3 to 700°C for BaHf0.5Ti0.5O3. Future studies need to focus on the use of appropriate metal electrodes (high work function) and on film deposition process (homogeneity) for better current leakage control. N2 - Moderne Dielektrika in Verbindung mit geeigneten Metallelektroden haben großes Potential um viele Schwierigkeiten mit dem voranschreitenden Minituarisierungsprozess in der Mikroelektronik zu lösen. Ein wesentlicher Bestandteil der Mikroelektronik beinhaltet die Entwicklung von random access memory (DRAM). Diese begann vor über 35 Jahren mit Speichergrößen von 4kb, welche mittlerweile in den Bereich von mehreren Gigabytes vorangetrieben wurde. Daraus resultierte eine zunehmende Reduzierung der dieelektrischen Materialdicken, welche zu höheren Leckstromdichten und so zu einem erhöhten Leistungsverbrauch führte. Als mögliche Lösung werden alternative Dielektrika mit verbesserten elektrischen und materialspezifischen Eigenschaften von vielen Forschungsgruppen intensiv untersucht. Materialien mit höheren dielektrischen Konstanten ermöglichen die Verwendung von höheren Schichtdicken mit hohen Kapazitäten, jedoch mit vergleichsweise verringerten Leckstromdichten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Deposition und Charakterisierung von dünnen isolierenden Schichten. Die Werkstoffkunde basierte auf dünnen HfO2 – Schichten die auf TiN – Metallelektroden abgeschieden wurden. Untersuchungen der materialspezifischen und dielektrischen Eigenschaften haben gezeigt, dass Ba-dotierte HfO2 Schichten (BaHfO3) und Ti-dotierte BaHfO3 Schichten (BaHf0.5Ti0.5O3) vielversprechende Kandidaten für die zukünftige Generation von DRAMs sind. Ein starkes Ansteigen der dielektrischen Permettivität konnte für dünne Schichten aus kubischem BaHfO3 (k~38) und BaHf0.5Ti0.5O3 (k~90) im Vergleich zu monoklinen HfO2 (k~19) erreicht werden. Mittlerweile sanken die CET-Werte bis auf 1 nm für BaHfO3 und ~0.8 nm für BaHf0.5Ti0.5O3 im Vergleich zu HfO2 (CET=1.5 nm). Die Substitution der Hf4+ - Ionen durch Ti4+ - Ionen in BaHfO3 führte zu einer signifikaten Absenkung des thermischen Budgets von 900°C für BaHfO3 zu 700°C für BaHf0.5Ti0.5O3. Zukünftige Untersuchungen haben zur Aufgabe die Leckstromkontrolle über passende Metallelektroden (höhere Austrittsarbeit) und einen Depositionsprozess mit verbesserter Homogenität zu verbessern. KW - Mikroelektronik KW - Miniaturisierung KW - Dielektrikum KW - Elektrode KW - Metall KW - Dielektrika KW - Hoch-k Materialien KW - Untersuchung auf atomarer Skala KW - Dielectrics KW - High-k materials KW - Atomic Scale Engineering KW - HfO2-based materials KW - XPS Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-22775 ER - TY - THES A1 - Karavaev, Konstantin T1 - In-situ Atomic Layer Deposition growth of Hf-oxide T1 - In-situ Atomlagenabscheidung von Hafniumoxid N2 - We have grown HfO2 on Si(001) by atomic layer deposition (ALD) using HfCl4, TEMAHf, TDMAHf and H2O as precursors. The early stages of the ALD were investigated with high-resolution photoelectron spectroscopy and x-ray absorption spectroscopy. We observed the changes occurring in the Si2p, O1s, Hf4f, Hf4d, and Cl2p (for HfCl4 experiment) core level lines after each ALD cycle up to the complete formation of two layers of HfO2. The investigation was carried out in-situ giving the possibility to determine the properties of the grown film after every ALD cycle or even after a half cycle. This work focused on the advantages of the in-situ approach in comparison to ex-situ experiments. The study provides to follow the evolution of the important properties of HfO2: contamination level, density and stoichiometry, and influence of the experimental parameters to the interface layer formation during ALD. Our investigation shows that the in-situ XPS approach for ALD gives much more information than ex-situ experiments. N2 - Die Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition: ALD) wurde benutzt, um HfO2 auf Si(001) abzuscheiden, wobei HfCl4, TEMAHf, TDMAHf und H2O als Prekursoren zum Einsatz kamen. Das frühe Wachstumsstadium der ALD-Schichten wurde mittels hochaufgelöster Photoelektronen- und Röntgenabsorptionsspektroskopie analysiert. Die Änderungen der Si2p-, O1s-, Hf4f-, Hf4d- und Cl2p- (für HfCl4-Prekursor) Rumpfniveaus nach jedem ALD-Zyklus bis zur vollständigen Bildung von zwei HfO2-Lagen wurden verfolgt. Die Untersuchungen erfolgten in-situ, was eine Charakterisierung nach jedem ALD-Zyklus oder auch nach jedem Halbzyklus ermöglichte. Diese Arbeit fokussiert auf die Vorteile des in situ-Ansatzes im Vergleich zu ex situ-Methoden. Diese Studie liefert Daten über wichtige Eigenschaften von HfO2 und deren Veränderungen während des Schichtwachstums. Dazu zählen Verunreinigungen, Dichte, Stöchiometrie sowie der Einfluss der experimentellen Parameter auf eine Grenzflächenschichtbildung während der ALD. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der in-situ-XPS-Ansatz deutlich mehr Informationen als ex-siut-Experimente liefert. KW - Atomlagenabscheidung KW - Atomlagenabscheidung KW - ALD KW - Röntgen-Photoelektronenspektroskopie KW - XPS KW - HfO2 KW - Atomic layer deposition KW - ALD KW - X-ray photoelectron spectroscopy KW - XPS KW - HfO2 Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-22617 ER -