Поделиться
Ученые Института физики полупроводников усовершенствовали пленки хай-кей диэлектрика на основе диоксида гафния
Аспирант Института полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) представил исследование сверхтонких пленок хай-кей (high-k) диэлектриков на основе диоксида гафния внутри кремния. Об этом CNews сообщили представители РАН.
«High-k означает высокую диэлектрическую проницаемость. То есть при приложении электрического поля такой диэлектрик сильнее поляризуется и почти не уменьшает электрический потенциал. Это позволяет увеличить толщину подзатворного диэлектрика, снизить утечки и открывать токовый канал в полевом транзисторе при более низких напряжениях. И, в итоге, создавать полупроводниковые устройства с более низким напряжением питания и электропотреблением. Кроме того, исследуемый вариант диэлектрика обладает сегнетоэлектрическими свойствами, то есть может сохранять поляризацию при выключении внешнего электрического поля. Этот эффект может применяться при создании ячеек памяти или транзисторов с регулируемым порогом открытия», — сказал аспирант ИФП СО РАН Владимир Евгеньевич Жилицкий.
Обычно в затворах транзисторов почти всей кремниевой электроники в качестве диэлектрика используется диоксид кремния (SiO2). Идея состоит в том, чтобы заменить его на high-k диэлектрик. Один из них — диоксид гафния (HfO2). Именно это соединение исследует Владимир Жилицкий.
Пленки диэлектрика выращивались методом плазменно-стимулированного атомно-слоевого осаждения (PEALD) в отделении Физико-технологических исследований имени К.А. Валиева НИЦ «Курчатовский институт», а затем в лаборатории ИФП СО РАН переносились с тонким слоем кремния на кремниевую же подложку методом, подобным SmartCut. Так получается «захороненная» high-k структура, где слой диэлектрика изолирован кремнием с обеих сторон.
То, что тонкий слой диоксида гафния окружен кремнием с обеих сторон, позволяет применять такие пластины для создания двухзатворных транзисторов с регулируемым порогом срабатывания: один затвор с high-k диэлектриком управляет порогом срабатывания другого. Это открывает возможность настраивать электронику на энергоэффективную работу при низких напряжениях или на работу на высоких частотах. Сегнетоэлектрические свойства диоксида гафния также позволяют использовать такие структуры, как ячейки энергонезависимой памяти — потенциально более быстродействующие и износостойкие, чем флэш-память. У флэш-памяти ресурс порядка 10 тыс. циклов записи, а у памяти на основе диоксида гафния он может быть на много порядков выше.
Высокая рабочая частота переключений таких транзисторов делает перспективным их применение не только в качестве памяти, но и для мобильной связи нового поколения. Но пока исследование носит фундаментальный характер.
Работа выполняется при поддержке грантов Российского научного фонда (№ 25-19-20049) и правительства Новосибирской области (№ 30-2025-000924).
Короткая ссылка
