Способ формирования диэлектрических пленок анодированного сплава алюминий-кремний, обладающих эффектом переключения проводимости



Способ формирования диэлектрических пленок анодированного сплава алюминий-кремний, обладающих эффектом переключения проводимости
Способ формирования диэлектрических пленок анодированного сплава алюминий-кремний, обладающих эффектом переключения проводимости

Владельцы патента RU 2657096:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технологический институт Российской академии наук (ФТИАН РАН) (RU)
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова" (ЯрГУ) (RU)

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники, а именно к способу изготовления диэлектрического слоя МДП структур, обладающих эффектом переключения проводимости на основе пленок анодированного сплава алюминий-кремний. Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является создание способа формирования диэлектрических пленок анодированного сплава алюминий-кремний, обладающих эффектом переключения проводимости, полностью совместимого с кремниевой технологией интегральных микросхем. Технический результат достигается тем, что в способе формирования обладающего эффектом переключения проводимости диэлектрического слоя путем нанесения композитного материала, представляющего собой диэлектрик, в который встроены наноразмерные кластеры кремния, согласно изобретению формирование материала производят химическим анодированием сплава алюминий-кремний. 2 ил.

 

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники, а именно к способу изготовления диэлектрического слоя МДП структур, обладающих эффектом переключения проводимости на основе пленок анодированного сплава алюминий-кремний. Сущность изобретения: способ формирования диэлектрических пленок анодированного сплава алюминий-кремний, обладающих эффектом переключения проводимости.

В настоящее время большой интерес проявляется к исследованию структур, обладающих S-образными вольтамперными характеристиками (ВАХ) при одной полярности приложенного напряжения и N-образными при другой (биполярный эффект переключения проводимости). Таким образом, переключение проводящего состояния структуры происходит в зависимости от полярности приложенного напряжения, превышающего определенный порог. Биполярный эффект переключения проводящего состояния наблюдался в структурах типа проводник - диэлектрик - проводник с различными диэлектриками.

Известно, что эффект переключения проводимости наблюдался в оксидах металлов [Рожков В.А, Шалимова М.Б. // ФТП, 27 (03), 438 (1993); Байбурин В.Б., Волков Ю.П., Рожков В.А. // ПЖТФ, 24 (12), 21 (1998); M-J. Lee, Ch. B. Lee, D. Lee et al // Nature Materials, 10, 625 (2011)]. Детального исследования этого эффекта авторами проведено не было. Можно предположить, что в исследованных оксидах были недоокисленные участки, представляющие из себя наноразмерные металлические кластеры.

Известен способ формирования пленки оксинитрида кремния с включенными кластерами кремния методом магнетронного распыления кремниевой мишени в среде аргона с добавками кислорода и азота [Бердников А.Е., Геращенко В.Н., Гусев В.Н., Мироненко А.А., Орликовский А.А., Попов А.А., Рудый А.С. Способ изготовления диэлектрического слоя МДП структур, обладающих эффектом переключения проводимости // Патент РФ на изобретение №2529442 от 1 августа 2014 г.].

Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному (прототип) является: способ формирования обладающего эффектом переключения проводимости диэлектрического слоя на основе кремнийсодержащего композитного материала [Бердников А.Е., Орликовский А.А., Мироненко А.А., Попов А.А., Черномордик В.Д. Ячейка памяти со структурой проводящий слой - диэлектрик - проводящий слой // Патент на изобретение №2376677от 20 декабря 2009 г., Орликовский А.А., Бердников А.Е., Мироненко А.А., Попов А.А., Черномордик В.Д., Перминов А.В. Способ формирования обладающего эффектом переключения проводимости диэлектрического слоя // Патент РФ на изобретение №2449416 от 27 апреля 2012 г.; А.Е. Бердников, В.Н. Гусев, А.А. Мироненко, А.А. Попов, А.В. Перминов, А.С. Рудый, В.Д. Черномордик. Эффект переключения проводимости в МДП структурах с диэлектриками на базе кремния, полученными методом низкочастотного плазмохимического осаждения / ФТП. 2013, том 47, вып. 5, стр. 626-632].

Процесс изготовления диэлектрического слоя МДП структур, обладающих эффектом переключения проводимости, сводится к нанесению композитного материала со встроенными наноразмерными кластерами кремния из смеси моносилана с кислородсодержащими газами в плазме низкочастотного тлеющего разряда. Основным недостатком указанного диэлектрического слоя является разброс напряжения переключения проводимости МДП структур, сформированных на данном диэлектрическом материале, и уменьшение количества работающих элементов памяти при уменьшении площади верхнего электрода структуры. Это обусловлено случайным характером распределения кремниевых кластеров внутри диэлектрической пленки, в результате чего уменьшается вероятность возникновения каналов, обеспечивающих переключения проводимости сформированных МДП структур.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является создание способа формирования диэлектрических пленок анодированного сплава алюминий-кремний, обладающих эффектом переключения проводимости, полностью совместимого с кремниевой технологией интегральных микросхем. Формируемый материал представляет собой диэлектрик, в который встроены наноразмерные кластеры кремния. Такой материал может приобретать и сохранять электрический заряд, что позволяет использовать его для создания устройств энергонезависимой перепрограммируемой памяти, мемристоров, нейронных сетей.

На практике оксидные пленки формируют электрохимическим методом или более простым и удобным химическим. Преимуществом химического метода оксидирования является небольшая продолжительность процесса, простота его выполнения и несложное и доступное оборудование.

Технический результат достигается тем, что в способе формирования обладающего эффектом переключения проводимости диэлектрического слоя путем нанесения композитного материала, представляющего собой диэлектрик, в который встроены наноразмерные кластеры кремния, согласно изобретению, формирование материала производят химическим анодированием сплава алюминий-кремний.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующим описанием.

Кремниевая подложка КДБ 12 (100) легировалась бором с обеих сторон до поверхностных концентраций порядка 1017 см-3. На лицевую сторону подложки методом магнетронного распыления наносился сплав АК-1,5 толщиной 0,5-0,6 0 мкм.

Химическое оксидирование на всю толщину пленки проводили в фосфорнокислом растворе следующего состава, г/л:

Фосфорная кислота 40-50
Хромовый ангидрид 5-7
Фтористый натрий 3-4

Затем на обратную сторону подложки напыляли сплошной слой Al, а на лицевую сторону через маску с отверстиями диаметром 3 мм напыляли контакты из Al. Сформированная МДП структура представлена на фиг. 1.

Вольтамперные характеристики (ВАХ) ячеек измерялись на приборе ИППП - 1/2. Для прямого включения сформированной МДП структуры положительное напряжение прикладывалось к верхнему алюминиевому электроду. Сформированные МДП структуры на пленке оксидированного сплава АК 1,5 обладают эффектом переключения проводимости, ВАХ которого представлена на фиг. 2.

При измерении ВАХ развертка по напряжению подавалась таким образом, чтобы измерялся ток при изменении напряжения от минус 3 В до плюс 3 В и обратно. На фиг. 2 мы видим шесть характерных участков ВАХ.

Участок 1. От начала подачи напряжения от -3 В до 0 В, характеризуется нелинейным изменением тока от напряжения. Изменения тока от напряжения близки к параболическому закону.

Участок 2. При подаче напряжения 1,8-2,2 В также имеет место параболический закон изменения тока от напряжения.

Участок 3. Характеризуется резким падением тока от напряжения.

Участки 4 и 5. Характеризуются высоким сопротивлением структуры.

Участок 6. Характеризуется резким увеличением тока при увеличении отрицательного напряжения и имеет обратимый характер.

Таким образом, на ВАХ сформированной МДП структуры можно наблюдать переключение проводимости. Состояние с низким сопротивлением (открытое состояние МДП структуры) на фиг. 2 представлено участком 2. Участок 4 характеризуется высоким сопротивлением (закрытое состояние МДП структуры).

Таким образом, МДП структуры, сформированные на пленках оксидированного сплава АК 1,5, обладают эффектом переключения проводимости.

Высокая стабильность пленок оксидированного сплава АК 1,5 позволяет длительное время сохранять проводимость МДП структур. Факты спонтанного переключения проводимости МДП структур не наблюдались в течение трех лет.

Положительной стороной данного способа является его полная совместимость с оборудованием и материалами, применяемыми в традиционной технологии интегральных микросхем.

Способ формирования диэлектрических пленок анодированного сплава алюминий-кремний, обладающих эффектом переключения проводимости диэлектрического слоя, путем нанесения композитного материала, представляющего собой диэлектрик, в который встроены наноразмерные кластеры кремния, отличающийся тем, что формирование материала производят химическим анодированием сплава алюминий-кремний.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полевых транзисторов с пониженным сопротивлением затвора.

Способ относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов методом молекулярно-лучевой эпитаксии. В способе подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией проводят предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава остаточного оксидного слоя.

Использование: для роста наноразмерных пленок диэлектриков на поверхности монокристаллических полупроводников. Сущность изобретения заключается в том, что пленку Al2O3 наносят ионно-плазменным распылением на слой пористого кремния с размером пор менее 3 нм, полученного электрохимическим травлением исходной пластины монокристаллического кремния, при рабочем давлении в камере в диапазоне 3-5⋅10-3 мм рт.ст.
Изобретение относится к технологии осаждения изолирующих и пассивирующих диэлектрических покрытий на подложках типа AlGaN/AlN/GaN методом плазмо-стимулированного атомно-слоевого осаждения из металлоорганических прекурсоров таким образом, чтобы получить сниженные токи утечки и пассивацию поверхностных зарядовых состояний.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии получения нитрида кремния. В способе получения нитрида кремния нитрид кремния формируют каталитическим парофазным химическим осаждением смеси гидразина (N2H4) и силана (SiH4) при температуре подложки 230-370°С, давлении SiH4 15-17,5 Па, скорости роста нитрида кремния 100 нм/мин и отношении парциальных давлений газообразных источников Р(N2H4+N2)/P(SiH4)=4-6.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов - для изготовления фокальных диодных фотоприемных матриц на подложках InSb. В способе подготовки поверхности InSb подложки для выращивания гетероструктуры молекулярно-лучевой эпитаксией сначала проводят предварительную обработку поверхности подложки InSb с модификацией состава окисного слоя для обеспечения в дальнейшем полного удаления окислов.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и может быть использовано при их изготовлении на основе МДП-структур на InAs. Подложку InAs подвергают предварительной обработке, включающей очистку поверхности ее от загрязнений и естественного окисла.

Изобретение относится к взрывной фотолитографической технологии и может быть использовано, когда получение рабочего рисунка из активного материала (металла или полупроводника) методами избирательного химического или плазмохимического травления через фоторезистную маску затруднено или нецелесообразно в связи с повышенной химической стойкостью к травлению активного материала.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления затворного оксида полевого транзистора.

Изобретение относится к технологии изготовления приборов микро- и наноэлектроники. Предложен способ консервации твердотельной поверхности, включающий последовательно осуществляемые стадию предварительной подготовки поверхности к консервации и стадию нанесения консервирующего покрытия.

Изобретение относится к технологии формирования упорядоченных структур на поверхности твердого тела и может быть использовано для получения нитевидных кристаллов из различных материалов, пригодных для термического испарения.

Изобретение относится к области получения нанокомпозиционных полимерных материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками, а именно к радиационно-обработанным полимерным композиционным материалам антифрикционного и уплотнительного назначения на основе фторопластов.

Изобретение относится к области гальванотехники, а именно: к приготовлению активной массы электрода с наноразмерными частицами SnO2 на углеродном носителе, используемого в химических источниках тока, в суперконденсаторах, а также в качестве носителя для катализаторов реакций, протекающих в топливных элементах.
Изобретение относится к области неорганической химии и касается способа получения модифицированных кристаллов магнетита Fe3O4, содержащих на поверхности флуоресцентный краситель, что дает возможность визуализировать и отслеживать их поведение как в живой клетке, так и в живом организме in vivo.

Изобретение относится к способу нанесения твердых износостойких наноструктурных покрытий из аморфного алмазоподобного углерода и может быть использовано в металлообработке, машиностроении, медицине, химической промышленности.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к кремниевому материалу, используемому в качестве активного материала отрицательного электрода литий-ионной вторичной батареи.

Изобретение касается технологии получения нанокомпозитов на основе наноструктурированного карбида бора с полиимидной матрицей. Предложен способ получения полиимидного композитного материала, армированного наноструктурированным карбидом бора, осуществляемый реакцией конденсации диангидридов ароматических поликарбоновых кислот и ароматических диаминов в присутствии наноструктурированного карбида бора, который в виде суспензии в сухом органическом растворителе, содержащей 2-60 мас.% карбида бора от веса получаемого композита, перемешивается под воздействием ультразвука в токе инертного газа с органическим диамином, охлаждается до 10-25°С, после чего к образовавшейся реакционной массе порционно при перемешивании добавляется диангидрид ароматической поликарбоновой кислоты, вводимый в эквимолярном количестве по отношению к органическому диамину, и бензойная кислота, вводимая в количестве, соответствующем молярному соотношению бензойной кислоты по отношению к диангидриду ароматической поликарбоновой кислоты, равному 1:(0,1-2), после чего образовавшаяся реакционная масса подвергается воздействию ультразвука при 30-40°С в течение 10-30 мин, затем перемешивается при 60-85°С в течение 3-8 ч и затем при 170-200°С в течение 12-22 ч с одновременной отгонкой образующейся воды, после чего полученная дисперсия выливается в этиловый спирт или раствор этилового спирта в воде, фильтруется и сушится при нагреве от 70 до 90°С в течение 3-8 ч в вакууме с последующим вакуумным охлаждением или охлаждением в токе инертного газа.
Изобретение относится к области нанотехнологии и ветеринарной медицины, в частности к способу получения нанокапсул ветеринарного препарата биопага-Д в оболочке из каррагинана.

Изобретение относится к физике низкотемпературной плазмы и плазмохимии, к электротехнике и электрофизике, а именно к ускорительной технике. Способ синтеза нанодисперсного нитрида титана осуществляют путем распыления электроразрядной плазмы титана коаксиального магнитоплазменного ускорителя с титановыми электродами в камеру-реактор, заполненную газообразным азотом при атмосферном давлении, при этом синтез ведут в камере-реакторе объемом от 0,022 м3 до 0,055 м3 и от 0,057 м3 до 0,098 м3 при температуре от 0°C до 19°C и от 21°C до 40°C соответственно.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении эффективных люминофоров для элементов нано-оптоэлектроники и источников света в видимом диапазоне.

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники, а именно к способу изготовления диэлектрического слоя МДП структур, обладающих эффектом переключения проводимости на основе пленок анодированного сплава алюминий-кремний. Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является создание способа формирования диэлектрических пленок анодированного сплава алюминий-кремний, обладающих эффектом переключения проводимости, полностью совместимого с кремниевой технологией интегральных микросхем. Технический результат достигается тем, что в способе формирования обладающего эффектом переключения проводимости диэлектрического слоя путем нанесения композитного материала, представляющего собой диэлектрик, в который встроены наноразмерные кластеры кремния, согласно изобретению формирование материала производят химическим анодированием сплава алюминий-кремний. 2 ил.

Наверх