Исследование физических принципов резистивного переключения в мемристорных структурах на основе оксидов переходных металлов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Ганыкина Екатерина Андреевна

• Ганыкина Екатерина Андреевна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Ганыкина Екатерина Андреевна

Введение

Актуальность работы

Степень разработанности

Цели и задачи

Научная новизна

Теоретическая и практическая значимость

Методология и методы исследования

Основные положения, выносимые на защиту

Достоверность

Личный вклад

Апробация работы

Публикации

Структура и объем работы

Краткое содержание работы

Глава 1 Обзор литературы

1.1 Современные виды памяти

1.1.1 РСЯАМ память

1.1.2 МЯЛМ память

1.1.3 FeRAM память

1.1.4 ЯеКАМ память

1.2 Мемристор

1.3 Виды механизмов резистивного переключения

1.4 Механизмы транспорта носителей заряда через диэлектрик

1.5 Процесс резистивного переключения мемристоров на основе оксидов переходных металлов

1.6 Требования к мемристорным структурам

1.7 Методы улучшения характеристик мемристора

1.8 Методы формирования мемристорных структур для создания элементов хранения резистивной памяти

1.8.1 Атомно-слоевое осаждение

1.8.2 Магнетронное распыление

Выводы к Главе

Глава 2 Формирование и методы исследования мемристорных структур на основе оксидов гафния и тантала

2.1 Методы исследования элементов хранения

2.1.1 Рентгеновская рефлектометрия (ХЯЯ)

2.1.2 Атомно-силовая микроскопия (АСМ)

2.1.3 Спектральная эллипсометрия

2.1.4 Электрофизические параметры

2.2 Формирование элементов хранения

2.2.1 Мемристорные структуры на основе оксида тантала

2.2.2 Мемристорные структуры на основе оксида гафния

2.2.2.1 Начальные результаты

2.2.2.2 Определение оптимальных параметров осаждения

2.2.2.3 Привносимые загрязнения и дефекты

2.2.2.4 Осаждение функциональных слоев

2.2.2.5 Формирование электродов

Выводы к главе

Глава 3 Исследование электрических характеристик сформированных элементов хранения

3.1 Мемристорные структуры на основе оксида тантала

3.2 Мемристорные структуры на основе оксида гафния

3.2.1 Структура Au/HfO2/TiN

3.2.2 Структура Pt/Ti/HfO2/TiN

3.2.3 Структура Pt/HfO2/TiN

3.2.4 Исследование влияния внедрения слоя Al2O3 на величину напряжения электроформовки

3.2.5 Исследования локального резистивного переключения в мемристорах

на основе оксида гафния с помощью атомно-силовой микроскопии

Выводы к главе

Глава 4 Моделирование процесса резистивного переключения

4.1 Метод конечных элементов

4.1.1 Моделирование разрыва филамента

4.1.2 Моделирование резистивного переключения

4.2 Кинетический метод Монте-Карло

4.2.1 Особенности модели

4.2.2 Результаты моделирования

Выводы к главе

Заключение

Список использованных сокращений

Благодарность

Список цитируемой литературы

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование физических принципов резистивного переключения в мемристорных структурах на основе оксидов переходных металлов»

Актуальность работы

В настоящее время одними из важнейших направлений развития микро- и наноэлектроники являются разработка и исследование новых типов полупроводниковой памяти для записи и хранения больших объемов информации, а также увеличение эффективности и скорости вычислительной техники.

Из-за проблем, возникающих при дальнейшем масштабировании традиционной Flash-памяти ввиду возрастающих токов утечки через туннельный диэлектрик [1,2], а также малого количества циклов перезаписи, возникла необходимость поиска новой энергонезависимой памяти, которая обладала бы низкой потребляемой мощностью и высокой скоростью работы. Для решения этой задачи последние пару десятилетий активно изучаются и разрабатываются различные виды энергонезависимой памяти, такие как: память на основе фазового перехода (PCRAM) [3], магниторезистивная память (MRAM) [4], сегнетоэлектрическая память (FeRAM) [5] и резистивная память (ReRAM) [1].

Благодаря длительному сроку хранению информации, высокой масштабируемости, низкому энергопотреблению, совместимости с КМОП-технологией, высокой скорости переключения, а также радиационной стойкости, ReRAM является наиболее привлекательным кандидатом для замены Flash-памяти. В отличие от Flash памяти, где изменение логического состояния связано с изменением величины электрического заряда, принцип действия резистивной памяти основан на обратимом изменении электрического сопротивления материала ячейки при приложении разности потенциалов между электродами. Архитектура ReRAM памяти представляет собой кроссбар-матрицу на основе мемристоров — нелинейных пассивных электрических элементов, принцип работы которых впервые был предложен Леоном Чуа в 1971 году [6]. Элемент хранения данного вида памяти представляет собой двухполюсный электронный компонент конденсаторного типа, хранение данных в котором осуществляется за счет эффекта резистивного переключения. Впервые экспериментальный образец мемристора на

основе диэлектрического слоя диоксида титана был получен в 2008 году [7]. Дальнейшие исследования продемонстрировали наличие эффекта резистивного переключения в МДМ-структурах на основе различных диэлектрических слоев, таких как: оксиды переходных металлов (НЮх, ТЮх, ZrOx, АЮх, Та205 и др. [8]), диэлектрики на основе кремния SiNx, SiOx [9]) и другие материалы. Эффект

резистивного переключения был продемонстрирован и в структурах металл-диэлектрик-полупроводник, где полупроводник является сильнолегированным проводящим контактом к функциональному слою [10]. Несмотря на разнообразие материалов, которые могут быть использованы в качестве функционального слоя мемристора, наибольший интерес для внедрения в КМОП-технологию представляют элементы хранения на основе оксидов переходных металлов, демонстрирующие высокую скорость переключения, а также большое число циклов перезаписи без деградации структуры [11]. В частности, проводятся тщательные исследования мемристоров на основе оксидов гафния и тантала, так как данные материалы обладают существенным преимуществом - являясь high-к диэлектриками, они уже применяются в КМОП-технологии в качестве подзатворных диэлектриков полевых транзисторов [11,12]. Кроме этого использование оксидов гафния и тантала в качестве активных слоев мемристора позволяет добиться низкого энергопотребления, высокой скорости работы, а также хорошей стабильности характеристик [11,12].

Среди недостатков ReRAM-памяти стоит выделить стохастический характер процесса резистивного переключения, что ведет за собой проблемы, связанные с надежностью и разбросом рабочих параметров от цикла к циклу и от устройства к устройству, а также непредсказуемость ресурса циклов перезаписи для отдельно взятой структуры [8,13]. Тщательное исследование электрических характеристик, а также новые конструктивно-технологические решения показали возможность улучшения основных параметров мемристорных структур. Одним из таких решений является увеличение числа слоев в составе мемристора [14]. Обычно в качестве дополнительных слоев выступают интерфейсные слои к функциональному слою, дополнительные функциональные слои и подслои

различных диэлектриков [15]. Благодаря широкому разнообразию возможных материалов и конструкций возможно найти оригинальное конструктивно-технологическое решение, которое позволит добиться оптимальных параметров.

Помимо поиска альтернативной энергонезависимой памяти, происходит и активное развитие нейроморфных систем - искусственных аналогов биологического мозга. Это связано с тем, что классическая архитектура фон Неймана обладает узким местом (т.н. «бутылочное горлышко») - память и центральный процессор используют совместную шину данных, что приводит к ограничению производительности системы [16,17]. В случае нейроморфных вычислительных систем появляется возможность «настоящей» параллельной обработки данных, которые, в отличие от фон Неймановской архитектуры, изначально хранятся в искусственных нейронах. Это позволяет значительно повысить вычислительную мощность за счёт кратного сокращения задержек и расхода энергии на передачу данных. Наиболее подходящим элементом для реализации таких систем является мемристор ввиду сходства его характеристик с характеристиками синапса мозга [17]. За счет достаточно простой структуры, а также хорошей масштабируемости и энергонезависимости, использование мемристоров позволяет значительно снизить энергопотребление.

При изготовлении мемристорных структур используются различные технологии формирования слоев, включая химическое осаждение из газовой фазы (CVD), вакуумное напыление (PVD), импульсное лазерное напыление (PLD), атомно-слоевое осаждение (ALD). Наиболее приемлемым методом создания функциональных слоев для ячеек энергонезависимой памяти является метод ALD [18,19]. Благодаря своей ключевой особенности - использованию последовательных самоограниченных поверхностных реакций прекурсоров с поверхностью подложки - данный метод позволяет контролировать толщину получаемой плёнки и её равномерность с высокой точностью [18]. Необходимо также отметить важность применения метода плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения (PEALD) для формирования функциональных слоев элементов хранения резистивной памяти. В отличие от термического ALD, в газе второго

прекурсора дополнительно создается разряд, образуются активные ионы и радикалы, что позволяет повысить скорость реакций и понизить температуру процесса в среднем на 100—200°С [20]. В работе [21] показано, что использование PEALD метода для осаждения активного слоя 7пО позволяет получить элементы хранения с окном памяти порядка 103, без деградации на протяжении 100 циклов переключения, тогда как при использовании термического ALD резистивного переключения не наблюдается вовсе. Также, в работе [22] было продемонстрировано заметное улучшение характеристик элементов хранения на основе оксида гафния при осаждении верхнего электрода PEALD методом. Данные исследования подтверждают актуальность применения PEALD для формирования слоев мемристорных структур, а также указывают на необходимость дальнейших исследований возможностей данного метода для получения стабильных характеристик элементов хранения резистивной памяти.

Материалы, используемые в мемристорных структурах, должны быть, прежде всего, совместимы с актуальными технологическими процессами в КМОП-технологии, а сами мемристоры должны удовлетворять всем техническим требованиям, среди которых стабильность работы и высокая надежность. И хотя на экспериментальных образцах были достигнуты отдельные рекордные характеристики, удовлетворить всем поставленным требованиям сразу пока не представляется возможным.

Учитывая всё вышесказанное, научная актуальность диссертационной работы вытекает из актуальности использования мемристорных структур на основе оксидов переходных металлов для реализации нейроморфных вычислительных систем, а также для создания новой энергонезависимой памяти, которая имела бы высокую плотность элементов и обладала бы низким энергопотреблением.

Степень разработанности

Большое количество зарубежных и отечественных коллективов занимаются решением фундаментальных проблем мемристорных элементов [2,8,18], в том числе из ННГУ им. Н.И. Лобачевского, НИЦ «Курчатовский институт», ФИЦ ИУ РАН, ИПТМ РАН, ИФП СО РАН, МФТИ , СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и др. Ведутся

работы как по улучшению характеристик самих устройств (внедрение примесей, использование смешанных оксидов, добавление тонких буферных слоев, исследование влияния материала электрода), так и по исследованию методов изготовления элементов хранения с выявлением зависимостей рабочих параметров мемристорных структур от параметров используемых технологических процессов [18,23,24,25]. Так, научной группой из ННГУ им. Лобачевского исследовано улучшение стабильности характеристик резистивного переключения в мемристорных структурах на основе стабилизированного иттрием оксида циркония [26].

Используются различные способы нанесения тонких пленок мемристорных структур, в том числе вакуумное напыление (PVD), химическое осаждение из газовой фазы (CVD), импульсное лазерное напыление (PLD), а также атомно-слоевое осаждение (ALD). В МФТИ были разработаны процессы атомно-слоевого осаждения, позволяющие формировать МДМ-структуры с контролируемым профилем распределения кислородных вакансий по глубине диэлектрического слоя [27]. Активно исследуется влияние использования различных способов нанесения тонких пленок и электродов на рабочие параметры мемристоров.

Проводится поиск возможных материалов для использования в качестве активного слоя мемристоров - от неорганических оксидов переходных металлов, смешанных и многослойных оксидов металлов до пористых оксидов и органических материалов с внедрением металлических наночастиц [28]. Тем не менее, существуют проблемы внедрения новых материалов в уже существующую КМОП-технологию.

Помимо этого, активно разрабатываются физические модели мемристоров филаментарного типа, которые были бы способны предсказывать их характеристики с высокой точностью [29,30,31]. Например, научной группой из ФТИАН им. К.А. Валиева РАН ведутся работы по учету стохастичности процессов образования и разрыва филамента в мемристорных структурах на основе переходных металлов [31].

Все вышеперечисленные факторы указывают на актуальность дополнительных исследований влияния параметров технологических процессов нанесения пленок и состава структуры на характеристики мемристорных устройств с учетом использования отечественного оборудования. Также необходима физическая модель резистивного переключения в мемристорах на основе оксидов переходных металлов, учитывающая влияние диффузии, термодиффузии и дрейфа кислородных вакансий.

Цели и задачи

В данной работе поставлены следующие цели:

1. Исследование резистивного переключения в экспериментальных образцах элементов хранения на основе оксида гафния, сформированного на отечественной установке плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения Изофаз ТМ 200-01, включая изучение влияния дополнительных слоёв на характеристики мемристорных структур;

2. Исследование резистивного переключения в экспериментальных образцах элементов хранения на основе оксида тантала, функциональный слой и электроды которых сформированы методом ВЧ-магнетронного распыления;

3. Исследование влияния различных материалов верхнего электрода на электрические характеристики элементов хранения;

4. Исследование локального резистивного переключения в тонкой плёнке оксида гафния;

5. Компьютерное моделирование процесса резистивного переключения в мемристорах на основе оксидов переходных металлов.

Для выполнения поставленных целей были решены следующие научно-технические задачи:

1. Исследование тонких пленок оксида гафния, сформированных методом атомно-слоевого осаждения на отечественной установке Изофаз ТМ 200-01;

2. Исследование электрофизических параметров элементов хранения на основе оксидов гафния и тантала с различными материалами верхнего электрода,

полученных с помощью методов плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения и ВЧ-магнетронного распыления;

3. Исследование и анализ электрических характеристик мемристорной структуры на основе оксида гафния, верхний электрод которой являлся зондом атомно-силового микроскопа (т.н. «виртуальный мемристор»);

4. Создание численной модели процесса резистивного переключения в элементах хранения на основе оксида тантала методом конечных элементов в среде COMSOL Multiphysics с проведением её верификации с использованием экспериментальных данных;

5. Создание модели процесса резистивного переключения в элементах хранения с активным слоем оксида гафния с применением кинетического метода Монте-Карло в среде Mathworks MATLAB, учитывающей стохастичность процессов образования и разрыва проводящего филамента, а также проведение её верификации с использованием экспериментальных данных.

Научная новизна

1. В элементах хранения на основе оксида гафния, сформированного на отечественной установке Изофаз ТМ 200-01 методом плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения, удалось получить стабильное резистивное переключение биполярного типа с ресурсом 106 циклов перезаписи;

2. Элементы хранения на основе оксида тантала с дополнительным слоем тантала, сформированных методом ВЧ-магнетронного распыления, показали стабильное резистивное переключение биполярного типа с ресурсом 107 циклов перезаписи;

3. Впервые использован метод атомно-силовой микроскопии для локального исследования процесса резистивного переключения в тонких пленках оксида гафния, полученных методом плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения на отечественной установке Изофаз ТМ 200-01. С помощью проводящего зонда микроскопа в качестве верхнего электрода на исследуемом «виртуальном мемристоре» достигнуто 50 циклов переключений и окно памяти не менее 4 порядков.

4. Предложена математическая модель резистивного переключения мемристорных структур на основе оксидов переходных металлов, учитывающая как стохастичность процессов роста и разрыва филамента внутри диэлектрика, так и одновременную диффузию, дрейф и термодиффузию кислородных вакансий, что позволяет эффективно предсказывать электрические характеристики элементов хранения в зависимости от их состава.

Теоретическая и практическая значимость

Научная значимость работы состоит в том, что математическая модель резистивного переключения мемристорных структур на основе оксидов переходных металлов, учитывающая как стохастичность процессов роста и разрыва филамента внутри диэлектрика, так и одновременную диффузию, дрейф и термодиффузию кислородных вакансий, позволяет эффективно предсказывать электрические характеристики элементов хранения в зависимости от их состава.

Практическая значимость полученных результатов заключается в возможности получения элементов хранения, демонстрирующих стабильное резистивное переключение, с функциональным слоем оксида гафния, осажденным с помощью установленных параметров процесса плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения на отечественной установке Изофаз ТМ 200-01.

Методология и методы исследования

Функциональные слои созданных мемристорных структур наносились методом магнетронного распыления в случае оксида тантала на установке Torr International и плазмостимулированным атомно-слоевым осаждением в случае оксида гафния на установке Изофаз ТМ-200-01. Верхние и нижние электроды наносились методом ВЧ-магнетронного распыления на установке Torr International. Для измерения толщины полученных пленок использовалась спектральная эллипсометрия (KLA-Tencor Aset F5x). С помощью рентгеновской рефлектометрии определялась плотность распределения слоя оксида гафния (Bruker D8 Discover). Для исследования шероховатости поверхности, а также локального резистивного переключения использовалась атомно-силовая микроскопия (NT-MDT Solver Pro M). Для исследования электрических характеристик использовались зондовая

станция EverBeing EB-6 и анализатор полупроводниковых приборов Agilent B1500A. Для анализа экспериментальных данных и моделирования процесса резистивного переключения использовались среды моделирования COMSOL Multiphysics, MATLAB, Origin, Grapher.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Элементы хранения на основе оксида гафния, полученного с использованием базового рецепта на отечественной установке плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения Изофаз ТМ 200-01, с верхним платиновым электродом, демонстрируют резистивное переключение биполярного типа с ресурсом перезаписи до 106 циклов;

2. При использовании в качестве верхнего электрода проводящего зонда атомно-силового микроскопа в структурах на основе оксида гафния наблюдается несколько областей повышенной проводимости рядом с основным проводящим филаментом;

3. Элементы хранения с функциональным слоем оксида тантала и дополнительным интерфейсным слоем тантала, сформированные методом ВЧ-магнетронного распыления, демонстрируют стабильное резистивное переключение биполярного типа с ресурсом перезаписи до 107 циклов;

4. Предложенная модель резистивного переключения в элементах хранения на основе оксидов переходных металлов, учитывает одновременно диффузию, термодиффузию и дрейф кислородных вакансий, стохастичность процессов образования и разрыва проводящего слоя внутри оксидов переходных металлов.

Достоверность

В работе использовались современные методы для диагностики и анализа. Характеристики изготовленных элементов хранения, полученных с использованием установленных параметров процесса атомно-слоевого осаждения, согласуются с результатами аналогичных работ. Результаты моделирования процесса резистивного переключения в мемристорах на основе оксидов переходных металлов находятся в хорошем соответствии с экспериментальными и

литературными данными.

Личный вклад

Автор данной работы принимал непосредственное участие в постановке целей и задач исследований, а также выполнял экспериментальные и теоретические работы. Большая часть экспериментальных работ по нанесению пленок и их анализу методами рентгеновской рефлектометрии, атомно-силовой микроскопии, а также по измерению электрических характеристик полученных элементов хранения были выполнены автором лично, либо при непосредственном участии. Автором была поставлена задача по моделированию процесса резистивного переключения в мемристорных структурах на основе переходных металлов. Была разработана модель резистивного переключения, учитывающая стохастичность процессов образования и разрыва проводящего слоя, а также проведена ее верификация с помощью полученных в ходе экспериментов данных. Автором были выполнены анализ и обобщение данных, полученных в ходе экспериментов и моделирования.

Апробация работы

Результаты исследований были доложены на всероссийских (8 докладов) и международных (2 доклада) конференциях:

1) Ганыкина Е.А., Горнев Е.С., Резванов А.А. «Исследование термических эффектов в HfO2 RRAM-структурах в процессе RESET» / Международный форум «Микроэлектроника - 2020», Школа Молодых Ученых «Микроэлектроника -2020», XIII Международная конференция «Кремний - 2020», Республика Крым, г. Ялта, пгт. 21-25 сентября 2020 г. / Под ред. Е.С. Горнева. - Москва : МАКС Пресс, 2020., с. 347-350.

2) Ганыкина Е.А., Горнев Е.С., Резванов А.А. «Исследование термических эффектов в HfO2 RRAM-структурах в процессе RESET» / Математическое моделирование в материаловедении электронных компонентов. МММЭК-2020. 19-20 октября 2020 г., Москва : Материалы II Международной конференции. -Москва : МАКС Пресс, 2020, с. 131-133.

3) Ганыкина Е.А., Резванов А.А., Горнев Е.С. «Физическая модель

резистивного переключения в ReRAM - структурах на основе оксида гафния» / Школа молодых ученых «Микроэлектроника-2021» (ШМУ-2021) в рамках Российского Форума «Микроэлектроника-2021», пгт. Гурзуф, Республика Крым, 27 сентября-1 октября 2021 г. / Техносфера, с. 797-798.

4) Орлов А.А., Ганыкина Е.А., Резванов А.А. «Моделирование распределения электрических полей в структуре с эффектом памяти с пористым low-k диэлектриком в качестве буферного слоя» / Школа молодых ученых «Микроэлектроника-2021» (ШМУ-2021) в рамках Российского Форума «Микроэлектроника-2021», пгт. Гурзуф, Республика Крым, 27 сентября-1 октября 2021 г. / Техносфера, с. 870-871.

5) Ганыкина Е.А., Резванов А.А., Горнев Е.С. «Исследование физических принципов резистивного переключения в ReRAM-стуктурах на основе оксида гафния» / Математическое моделирование в материаловедении электронных компонентов. МММЭК-2021. 25-27 октября 2021 г., Москва : Материалы III Международной конференции. - Москва : МАКС Пресс, 2021., с. 130-132.

6) Ганыкина Е.А., Резванов А.А., Горнев Е.С. «Investigation of conductive filament growth and rupture in ReRAM structures based on hafnium oxide», 14-ая Международная конференция «Микро- и наноэлектроника - 2021» (ICMNE-2021), включающей расширенную сессию «Квантовая информатика», г. Звенигород, 04.10. - 08.10.2021 г. / Сборник тезисов / Под ред. В. Ф. Лукичева, К.В. Руденко; сост. В. П. Кудря. - Москва: МАКС Пресс, 2021, с. 21.

7) Ганыкина Е.А., Резванов А.А., Горнев Е.С., Зюзин С.С., «Моделирование физических процессов резистивного переключения в мемристорах на основе оксида гафния» / Сборник тезисов Российского форума «Микроэлектроника 2022», научной конференции «Электронная компонентная база и микроэлектронные модули», Роза Хутор, МКК «Роза Холл», 2-8 октября 2022 г. / М.: ТЕХНОСФЕРА, 2022, стр. 668-670.

8) Зюзин С.С., Резванов А.А., Зассеев Я.Г., Гвоздев В.А., Ганыкина Е.А., Горнев Е.С., «Численное моделирование процесса плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения слоев оксида гафния» / Сборник тезисов Российского

форума «Микроэлектроника 2022», научной конференции «Электронная компонентная база и микроэлектронные модули», Роза Хутор, МКК «Роза Холл», 2-8 октября 2022 г. / М.: ТЕХНОСФЕРА, 2022, стр. 695-697.

9) Ганыкина Е.А., Резванов А.А., Зюзин С.С., Горнев Е.С., «Компьютерное моделирование резистивного переключения в НЮ2-мемристорах» / Математическое моделирование в материаловедении электронных компонентов. ММMЭК-2022. 24-26 октября 2022 г., Москва : Материалы IV Международной конференции. - Москва : МАКС Пресс, 2022, с. 148-150.

10) Зюзин С.С., Резванов А.А., Зассеев Я.Г., Гвоздев В.А., Ганыкина Е.А., Горнев Е.С., «Численное моделирование процесса осаждения слоёв оксида гафния методом RP-ALD» / Математическое моделирование в материаловедении электронных компонентов. ММMЭК-2022. 24-26 октября 2022 г., Москва : Материалы IV Международной конференции. - Москва : МАКС Пресс, 2022, с. 92-94.

Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 16 печатных изданиях и журналах, из них в список ВАК входят 5 публикаций, индексируемых Web of Science и Scopus - 1 публикация:

1) Ганыкина Е.А., Горнев Е.С., Резванов А.А. «Исследование термических эффектов в HfO2 RRAM-структурах в процессе RESET» / Наноиндустрия. - М. : Техносфера, 2021. - 812-815 с.

2) Ganykina E.A., Rezvanov A.A., Gornev Y.S. Investigation of conductive filament growth and rupture in ReRAM structures based on hafnium oxide //International Conference on Micro-and Nano-Electronics 2021. - SPIE, 2022. - Т. 12157. - С. 89-94.

3) Ганыкина Е.А., Резванов А.А., Горнев Е.С. «Физическая модель резистивного переключения в ReRAM-структурах на основе оксида гафния» //Наноиндустрия. - 2022. - Т. 15. - №. S8-2. - С. 537-540.

4) Орлов А.А., Ганыкина Е.А., Резванов А.А. «Моделирование распределения электрических полей в структуре с эффектом памяти с пористым low-k диэлектриком в качестве буферного слоя» //Наноиндустрия. - 2022. - Т. 15.

- №. S8-2. - С. 568-571.

5) Резванов А.А., Ганыкина Е.А., Орлов А.А., Горохов С.А., Зюзин С.С. Использование пористых материалов в качестве буферного слоя в мемристорных структурах //Электронная техника. Серия 3. Микроэлектроника. - 2022. - №1(185).

- С. 69-86.

6) Ганыкина Е.А., Резванов А.А., Горнев Е.С., Зюзин С.С. Моделирование физических процессов резистивного переключения в мемристорах на основе оксида гафния //Наноиндустрия. - 2023. - Т. 16. - №. S9-2. - С. 520-523.

Структура и объем работы

Диссертационная работа включает список сокращений, введение, 4 главы, заключение, список работ, опубликованных по теме диссертации, список цитируемой литературы из 128 наименований и содержит 125 страниц, в том числе 79 рисунков и 5 таблиц.

Краткое содержание работы

В первой главе дается подробный теоретический обзор, посвященный применению мемристорных структур, используемым материалам, технологиям изготовления мемристоров, а также методикам улучшения их основных характеристик. Определены основные достоинства и недостатки резистивной памяти. Рассмотрены особенности процесса резистивного переключения в элементах хранения на основе оксидов переходных металлов.

Во второй главе дано описание экспериментальных методов и оборудования, задействованных для анализа и обработки результатов, полученных в данной работе, а также процессов формирования элементов хранения на основе оксидов переходных металлов. Также приведены результаты экспериментальных работ по определению и обоснованию оптимальных параметров технологического процесса плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения оксида гафния. Полученный базовый рецепт позволяет осаждать тонкие пленки НЮ2 со скоростью роста 1,1 А/цикл и неравномерностью толщины по пластине, не превышающей 2%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ганыкина Екатерина Андреевна, 2023 год

Источник питания МРС

Аг

МРС

Рисунок 17 - Схема магнетронной распылительной системы [103]

Приложенное перпендикулярно электрическому полю магнитное поле заставляет электроны оказаться в ловушке и двигаться по замкнутым траекториям у поверхности мишени — силовые линии магнитного поля замыкаются между полюсами магнитной системы, из-за чего эмитируемые катодом электроны с одной стороны не могут двигаться к аноду, а с другой отталкиваются поверхностью мишени. Электроны находятся в ловушке до полной потери энергии, расходуемой на ионизацию рабочего газа, приводящей к увеличению концентрации положительных ионов вблизи мишени [103]. Доходя до катода, положительные ионы рабочего газа передают момент импульса мишени. За счет многократных соударений атомы мишени отрываются от поверхности мишени и осаждаются на положке.

Данный метод осаждения тонких пленок имеет ряд преимуществ, а именно: высокая скорость осаждения, возможность осаждения пленок сложного состава, хорошая равномерность пленок по толщине, а также возможность осаждения на подложках больших площадей.

Выводы к Главе 1

В первой главе приведен обзор литературы, посвященный современным видам энергонезависимой памяти (PCRAM, MRAM, FeRAM, ReRAM), рассмотрены принципы их работы, а также указаны основные преимущества и недостатки каждого типа памяти. Проведен сравнительный анализ данных технологий, который показал перспективность развития технологии ReRAM в современной микроэлектронике.

Особое внимание было уделено мемристорам - были рассмотрены особенности их функционирования, выделены основные механизмы резистивного переключения, показаны перспективы их применения, а также обозначены необходимые технические требования к элементам хранения резистивной памяти.

Кроме этого, были рассмотрены применяемые в качестве функциональных слоев и электродов мемристоров материалы, определены основные технологические процессы получения тонких пленок для данных структур. Рассмотрены ключевые особенности методов PEALD и магнетронного распыления.

Так как наиболее перспективными с точки зрения внедрения в существующую технологию являются анионные мемристоры, было рассмотрено влияние выбора материалов электрода и активного слоя на характеристики устройства. Были рассмотрены различные методики улучшения рабочих параметров элементов хранения.

Однако в связи со стохастическим характером роста и разрыва филаментов в элементах хранения на основе оксидов переходных металлов наблюдается изменчивость и неоднозначность основных параметров элементов хранения (сопротивлений в высокоомном и низкоомном состояниях, напряжений переключения и др.), что является основной проблемой, ограничивающей использование и интеграцию данной технологии в промышленность. В связи с этим необходимы более дополнительные исследования влияния состава мемристорной

структуры (материалов активного слоя и электродов), а также параметров осаждения на электрические характеристики устройства.

Учитывая всё вышесказанное, можно выделить следующие задачи:

1. Исследование резистивного переключения в экспериментальных образцах элементов хранения на основе оксида гафния, сформированного методом плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения, а также изучение влияния дополнительных слоёв на характеристики мемристорных структур;

2. Исследование резистивного переключения в экспериментальных образцах элементов хранения на основе оксида тантала, функциональный слой и электроды которых сформированы методом ВЧ-магнетронного распыления;

3. Исследование влияния различных материалов верхнего электрода на электрические характеристики элементов хранения;

4. Исследование локального резистивного переключения в тонкой плёнке оксида гафния;

5. Проведение компьютерного моделирования процесса резистивного переключения в мемристорах на основе оксидов переходных металлов.

Глава 2 Формирование и методы исследования мемристорных структур на основе оксидов гафния и тантала

В данной главе приведено краткое описание методов измерения и оборудования, использованного в экспериментальной части работы. Для диагностики и анализа использовались современные методы, в том числе рентгеновская рефлектометрия (XRR), атомно-силовая микроскопия (АСМ) и спектральная эллипсометрия. Измерение электрофизических параметров проводилось при помощи зондовой станции EverBeing EB-6 с использованием анализатора полупроводниковых устройств Agilent B1500A.

Также в данной главе подробно описан процесс формирования элементов хранения на основе оксидов тантала с дополнительным подслоем тантала методом магнетронного распыления. Представлено детальное описание процесса плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения оксида гафния с определением оптимальных параметров. Приведено описание процесса формирования элементов хранения на основе оксида гафния.

2.1 Методы исследования элементов хранения

2.1.1 Рентгеновская рефлектометрия (XRR)

Метод рентгеновской рефлектометрии базируется на измерении зависимости интенсивности рентгеновского излучения, зеркально отраженного от поверхности образца, от угла падения рентгеновских лучей. Часть рентгеновского излучения будет рассеиваться на шероховатостях поверхности, что приведет к снижению интенсивности отраженного излучения. Благодаря этому можно сделать вывод о кристаллической структуре пленки, а также получить профиль распределения толщины по глубине. Данный метод используется для неразрушающего исследования поверхности пленок (шероховатости поверхности), позволяет получить информацию о внутреннем строении, толщине и плотности тонких

пленок и многослойных структур. Схема рефлектометра показана на рисунке 18. Стрелками обозначен ход рентгеновских лучей.

В работе для проведения рентгеновской рефлектометрии использовался дифрактометр Bruker D8 DISCOVER с вращающимся медным анодом: монохроматор - зеркало Гёбеля, излучение Ka1+Ka2, щель после монохроматора 0,1 х 1 мм2, щель на детекторе 0,1 мм, расстояние от источника до образца 400 мм, расстояние от образца до детектора 300 мм.

Кристалл-монохроматор

Рисунок 18 — Схема рентгеновского рефлектометра [104]

2.1.2 Атомно-силовая микроскопия (АСМ)

Данный метод определения рельефа поверхности основан на регистрации взаимодействия между зондом, который закреплён на кантилевере, и поверхностью образца. Регистрация величины изгиба кантилевера (и соответственно, силы взаимодействия зонда и поверхности), происходит посредством считывания фотодиодом сигнала лазера, излучение которого подаётся на обратную сторону кантилевера и отражается в фотодиод. Схема атомно-силовой микроскопии показана на рисунке 19.

В работе с помощью AFM производились исследования локального резистивного переключения в элементах хранения на основе оксида гафния (пункт 3.2.5). В данном случае проводящий зонд AFM выступает в качестве верхнего электрода, тем самым вся система образует так называемый «виртуальный мемристор» (рисунок 20).

XY (XYZ) сканер Рисунок 19 — Схема атомно-силовой микроскопии [105]

Рисунок 20 — Схематическое изображение эксперимента по исследованию резистивного

переключения с помощью AFM [106]

2.1.3 Спектральная эллипсометрия

Спектральная эллипсометрия является точным и быстрым оптическим методом измерения толщины и коэффициента преломления тонких слоёв. Из важных преимуществ эллипсометрии можно отметить её неразрушающий и бесконтактный характер измерения, а также возможность использования in situ. Детектор определяет поляризацию света после взаимодействия с поверхностью границ раздела сред (в основном поверхности образца и воздуха), на основе

полученных данных затем решается обратная задача эллипсометрии с получением необходимых параметров плёнки. В данной работе использовался эллипсометр КЬА-Тепсог Aset F5x, длина волны излучения составляла 633 нм. Схема эллипсометра приведена на рисунке 21.

Рисунок 21 — Схема спектральной эллипсометрии

2.1.4 Электрофизические параметры

Электрофизические исследования сформированных элементов хранения проводились на зондовой станции для прецизионного измерения электрофизических параметров микроструктур EverBeing EB-6 с пространственным разрешением не хуже 3 мкм и анализатора полупроводниковых устройств Agilent B1500A компании Keysight Technologies (рисунок 22). Используемая в работе зондовая станция обладает удобным управлением узлом держателя пластин с ручным приводом, а также оснащена микроскопом с кратностью увеличения от 20 до 4000.

Рисунок 22 — Внешний вид зондовой станции EverBeing EB-6 (слева) [107] и главного блока анализатора полупроводниковых устройств Agilent B1500A (справа) [108]

Анализатор полупроводниковых приборов B1500A благодаря встроенному программному обеспечению позволяет проводить измерения вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик, быстрые измерения высоковольтных и импульсных характеристик в полностью автоматическом режиме с высокой точностью, а также выводить их в реальном времени.

2.2 Формирование элементов хранения

2.2.1 Мемристорные структуры на основе оксида тантала

Платиновый нижний электрод толщиной 50 нм формировался методом магнетронного распыления на установке Torr International. Для формирования МДМ-структуры в слое SiO2, методом плазмохимического травления сначала были сформированы окна размером ~ 5 мкм х 5 мкм. Слой оксида тантала толщиной 6 и 12 нм был нанесен методом реактивного магнетронного распыления танталовой мишени в атмосфере кислорода при рабочем давлении в камере 6,2 мТорр. Верхний электрод в виде тонкого слоя тантала толщиной 10 нм осаждался в том же вакуумном цикле с помощью той же мишени в атмосфере аргона при рабочем давлении в камере 1,5 мТорр. Верхний электрод покрывался пленкой вольфрама толщиной 50 нм для защиты слоя тантала от окисления. Схематичное изображение полученной структуры показано на рисунке 23.

V W

Л __^ТаОх

Р1

5Ю; 51

Рисунок 23 — Схематичное изображение сформированной мемристорной структуры на основе

оксида тантала

2.2.2 Мемристорные структуры на основе оксида гафния 2.2.2.1 Начальные результаты

Пленки оксида гафния осаждались методом PEALD с использованием прекурсоров ТЕМАН (тетракис(этилметиламино)гафний(1У)) и плазмы кислорода на отечественной установке Изофаз ТМ 200-01, реакционная камера которой оборудована источником 1СР плазмы с переменной мощностью (рисунок 24).

Рисунок 24 - Схема установки плазмостимулированного атомно-слоевого осаждения [100]

Исследование первых образцов осаждённого оксида гафния на установке Изофаз ТМ 200-01 показали скорость роста слоев HfO2 1,92 А/цикл, при этом неравномерность слоев находилась по пластине в пределах 6—10%. Полученные значения значительно больше общепринятых литературных данных и указывают на существенную долю паразитных CVD-процессов в процессе роста. Они появляются главным образом из-за одновременного присутствия обоих реагентов (металлорганический прекурсор и кислород) в газовой фазе вблизи поверхностного слоя образца. В литературе такое явление называют «перекрытием импульсов подачи реагентов» («overlapping pulses») [109]. Можно выделить следующие основные причины его возникновения:

1) Малое отношение времени продувки к времени подачи прекурсора. Из общих соображений следует, что чем больше доза прекурсора в течение импульса, тем более длительная продувка необходима. Длительность продувки зависит также от прекурсора, его скорости десорбции, которая, в свою очередь, зависит от

температуры стенок камеры и особенности прекурсора. В дозу прекурсора в случае используемого нами ТЕМАН основной вклад вносит температура емкостей с прекурсорами. В процессе получения базового рецепта осаждения этот фактор учитывался в числе первых.

2) Наличие непродуваемых областей в линиях подачи реагентов в камеру, в том числе из-за неоптимального расположения клапанов и самих линий подачи. В нашем случае на некоторые линии были установлены несколько заглушек, которые помогли устранить большинство таких областей (рисунок 25). Также подобные области могут возникать из-за слишком большого объёма камеры.

3) Наличие конденсата в линиях подачи и на стенках реакционной камеры вследствие низких температур и плохой равномерности прогрева. Конденсат в данном случае является дополнительным неконтролируемым источником реагента. Стоит отметить, что упомянутое выше уменьшение температуры барботёра при достаточном нагреве линий подачи и его равномерности дополнительно приводит к уменьшению вероятности образования конденсата. Для улучшения равномерности нагрева линий подачи была установлена дополнительная теплоизоляция.

4) Примеси в прекурсоре и продувочном газе, в том числе из-за недостаточной герметичности соединений в линиях подачи. Основными примесями, которые сильно влияют на скорость роста и неравномерность толщины и которые достаточно легко реагируют с используемыми прекурсорами (даже при комнатной температуре), являются кислород и влага. Для устранения возможных негерметичностей первоначальные гибкие тефлоновые трубки и соединения были заменены на жёсткие трубки из нержавеющей стали. Сравнение результатов до и после замены приведены на рисунке 26. Скорость роста незначительно уменьшилась, а неравномерность толщины по пластине сильно улучшилась.

5) Было выявлено, что из-за разрушающего воздействия плазмы уплотнитель затвора УР35 при его активации вносит дополнительную дефектность. Поэтому рецепты осаждения были скорректированы так, чтобы этот затвор оставался открытым на всех шагах рецепта. Вместо использования этого

затвора через клапан VP23 подаётся постоянный поток аргона для того, чтобы препятствовать попаданию TEMAH в зону зажигания плазмы.

6) Клапаны VP15 и VP39 не обеспечивают достаточно быстрое для атомно-слоевого осаждения переключение (10—50 мс), поэтому их работа была перенесена с шагов подачи прекурсора.

НИИ1ЛЛ___

5 SC £3 02^ S sc EJ

ГГ sc 13 ._VP*

Э ЭС ЕЗ р*м3'1

j с El

10 (К ЕЯ . VP5

ИЗОФАЗ ТМ200-11

VP14 VP12 VP25 Т VP2A 1ЕМД1 VP16 M M M

VP27 VP26

18.01.2023 13:45:4

Температура еоаы охлаждения

дщддЕЖЕа

Коэф. согласования

О

TÎCI4 пусто _____ VP1Î PF

VP15 VP39 VP29 е VP28 ИШЭЯ VPt7

'"'«Г

Стадия:

21 Количество циклов:

Рисунок 25 - Использованная газовая схема установки. Показаны места (Х), в которых были

установлены заглушки (см. пункт 2).

Рисунок 26 - Результаты измерения слоя НГО2 до (слева) и после (справа) замены трубок. Заметно улучшилась неравномерность толщины по пластине

2.2.2.2 Определение оптимальных параметров осаждения

В ходе подбора параметров осаждения НГО2 были проделаны следующие испытания:

1) Подбор температуры барботёра. Как уже было сказано ранее, она влияет на дозу поступаемого в камеру реагента. Предварительные расчёты [110] показывают, что для полного насыщения поверхностных центров реакции на пластине диаметром 200 мм достаточно 0,26 мкмоль реагента, когда как при температурах барботёров 60 и 85°С в камеру поступает 0,8 и 4 мкмоль/с соответственно. Поэтому при температурах барботёра выше 60°С в реакционную камеру поступает избыточное количество прекурсора, что может привести к доминированию паразитных СУС-реакций (процесс происходит преимущественно в объеме камеры, и на подложке осаждается готовое вещество). На рисунке 27 (слева) показано влияние температуры на скорость роста плёнки, на рисунке 27 (справа) - влияние на неравномерность её толщины по пластине. Видно, что с уменьшением температуры скорость осаждения понижается, а неравномерность заметно улучшается. Следовательно, температура барботёра выше 60°С избыточна.

5 1.1

1.7

-1.6

1.5

с 1.4

о 1.3

1.2

О 1.1

0.9

55

X

60

65

70

75

80

85

Температура барботёра, °С

10

® 3

90

95

55

60

65

70

75

80

85

Температура барботёра, °С

\

/ \

/ \

У

\ \

/

/ 1 \

/ с

/

/

/

/

/

/

/

> <

\ \

90

95

Рисунок 27 - Зависимость GPC (слева) и неравномерности толщины (справа) слоя НГО2 от

температуры барботёра

2) Подбор температуры столика для подложки. В исследованном диапазоне температур (270—330°С) влияние на скорость роста и неравномерность толщины незначительно (рисунок 28). При более низкой температуре наблюдается слабое повышение скорости роста плёнки, что можно объяснить меньшей

десорбцией молекул прекурсора с поверхности пластины. При температуре 300°С наблюдаются оптимальные значения как скорости роста (1,149 А/цикл, рисунок 28 (слева), так и неравномерности толщины по пластине (1%, рисунок 28 (справа), поэтому она была выбрана в базовый рецепт.

240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340

Температура подложкодержателя, "С Температура подложкодержателя, °С

Рисунок 28 - Зависимость GPC (слева) и неравномерности толщины (справа) слоя НГО2 от

температуры столика для подложки

3) Подбор длительности продувки между циклами. При пониженной дозе поступаемого в камеру реагента (ТЬ = 60°С) увеличенная длительность продувки камеры ухудшает неравномерность толщины плёнки, предположительно из-за повышенного разложения реагента, увеличения доли CVD-реакций и переосаждения вещества со стенок реакционной камеры (рисунок 29а). При повышенной дозе поступаемого реагента (ТЬ = 75°С) наблюдается обратная ситуация: неравномерность улучшилась, предположительно из-за улучшенной циркуляции прекурсора по объёму камеры (рисунок 29б). Так как ранее была выбрана температура барботёра 60°С, то целесообразно выбрать меньшую длительность продувки. Однако при этом необходимо учитывать, что для эффективной очистки камеры от субпродуктов реакции требуется определённое время продувки, поэтому для базового рецепта была выбрана длительность 3 с.

а)

не

=г

;г га

" 1.145

Ь 1.135

1.13

> с - V

\

О

ТЬ = 60 °с

I I 1 1 1 1 1

1.8

1.6

1.4

3" с

5

? 1.2

>

у

> <

X

- ТЬ = 60 °С

1 1 ' 1 1

б) 1

Время продувки камеры между полуциклами, о

3456789 10 Время продувки камеры между полуциклами, с

52

| 1.46 зга «

х 1.44 х

С

1.42

га

о 1.38 О

1.34

X

\

\

\ )

- .

ТЬ = 75 °С

1 1 1 1 1

; з.б

\

*

III

3456789 10 Время продувки камеры между полуциклами, с

3456789 10 11 Время продувки камеры между полуциклами, с

Рисунок 29 - Зависимости GPC (слева) и неравномерности толщины (справа) НГО2 от длительности продувки камеры: а) при пониженной дозе реагента; б) при повышенной дозе

реагента

4) Подбор параметров подачи плазмы кислорода. Влияние мощности на исследуемые параметры незначительно (рисунок 30а). С увеличением длительности подачи импульса плазмы равномерность ухудшается (рисунок 30б(справа)). Количество образуемых радикалов и ионов кислорода увеличивается вместе с мощностью плазмы, что ведёт как к увеличению скорости осаждения, так и к повышенной неравномерности толщины плёнки по пластине за счет большего количества паразитных реакций. Кроме того, после создания разряда плазмы не закрывается заслонка, ограничивающая область столика от источника

плазмы, что дополнительно увеличивает количество участвующих в реакции радикалов. Всё это объясняет сделанный выбор мощности плазмы 250 Вт.

Рисунок 30 - Зависимость ОРС (слева) и неравномерности толщины (справа) НГО2 от параметров подачи плазмы кислорода: а) мощность плазмы; б) длительность импульса

Что касается времени воздействия, то, строго говоря, подача плазмы происходит в два шага: 1) согласование параметров источника; 2) непосредственно воздействие. Время первого шага равняется примерно 4 с, и его нельзя изменить ввиду особенностей работы конденсаторов согласующего устройства, поэтому изменялось только время непосредственной подачи. Давление на этом шаге также не изменялось и равнялось 2 Па, так как от него не было замечено зависимости

характеристик плёнки. На каждом полуцикле подачи плазмы её взаимодействие распространяется не только на поверхностный слой, но и на несколько монослоёв вглубь, что объясняет замеченное паразитное окисление подложки. Поэтому для базового рецепта были выбраны мощность 250 Вт и время 3 с.

5) Подбор параметров подачи TEMAH. Исследование влияния длительности подачи прекурсора на скорость роста и неравномерность толщины (рисунок 31) проводилось при низкой дозе прекурсора (то есть при ТЬ = 60°С). Выход на самонасыщение происходит при длительности импульса 2 с, при повышении до 4 с происходит резкое увеличение неравномерности толщины по пластине. При значениях ниже 2 с происходит неполное насыщение поверхностных центров реакции и, следовательно, низкая скорость роста и высокая неравномерность.

Рисунок 31 - Зависимость ОРС (слева) и неравномерности толщины (справа) НГО2 от

длительности подачи ТЕМАН

6) Требуются дополнительные исследования влияния давления в камере на шаге включения плазмы, а также потока аргона для барботирования (поток кислорода не изменялся и составлял 3,6 л/ч), так как наблюдаются необоснованно высокие флуктуации скорости роста и неравномерности осаждения при незначительном изменении входных параметров (рисунок 32).

а)

1.6

. 1.4

2.5

6 7 8 Давление, Па

9 10

у. /

/

/

*

' I 1

3.5

4.5

5.5

Поток Аг для барботирования, л/ч

6.5

¡5 5.5 о

а> 4.5 5

2.5

1.5

| 2.6

■0) с с

3 2.4

3" ц

2.2

о

аз

£

о т во со 1.8 о. а х

1.6

1.4

6.5

2.5

3.5

X

/

/

--

X

3 4 1 1 1 7 Давление, Па 8 1 9 0

\ \ \

\ X " / / — -

\ \ \

/

\ \ \ 7 /

\ /

\

\ \ > /

4.5

5.5

6.5

Поток Аг для барботирования, л/ч

Рисунок 32 - Зависимость GPC (слева) и неравномерности толщины (справа) НГО2 от: а) давления в камере на шаге включения плазмы; б) потока аргона для барботирования

При пониженных давлении и потоке барботирующего аргона в реакционной камере происходит меньше СУС-процессов, также из-за увеличения длины свободного пробега на пути молекул прекурсора к подложке меньше препятствий, что объясняет результаты. В целом по результатам экспериментов были выбраны оптимальные значения потока аргона для барботирования (4 л/ч) и давления на шаге включения плазмы (2 Па).

После проведения серии экспериментов по определению оптимальных параметров процесса осаждения слоёв оксида гафния был составлен следующий рецепт (далее «базовый рецепт»):

- Температура столика: 300°С Температура барботёра с ТЕМАН: 60°С Время подачи ТЕМАН: 2 с

- Время продувки камеры: 3 с

- Время воздействия плазмы: 3 с

- Мощность плазмы: 250 Вт Давление в камере на шаге подачи ТЕМАН: 8 Па Давление в камере на шаге подачи плазмы: 2 Па

- Поток кислорода: 3,6 л/ч

- Поток аргона для барботирования: 4 л/ч

- Поток аргона для продувки: 6 л/ч

При осаждении по такому базовому рецепту скорость роста НГО2 составила 1,15 А/цикл, неравномерность толщины по пластине составила 0,99%. Типичные результаты измерения плёнки показаны на рисунке 33.

Рисунок 33 - Результаты измерения слоя НГО2, осаждённого за 30 циклов по базовому рецепту

Дополнительно был проведён эксперимент по повторяемости параметров получаемых слоёв НГО2: процесс был проведён по базовому рецепту на нескольких пластинах подряд. Средняя скорость роста составила примерно 1,1 А/цикл, а неравномерность толщины по пластине не превышает 2% (рисунок 34).

1.2

1.16

я: 1.12

1.08

^ 104

>

<

\ \

1 ! \

\ ! \

1 4 ----1

- - ~ " - - - -г

1

1 1 1

1 * 1

1 \ 1

1 * 1

<

1 1

Номер пластины