Журнал Современные проблемы науки и образования 2070-7428 Общество с ограниченной ответственностью "Издательский Дом "Академия Естествознания" ART-10665 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ПРОВОДИМОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЛЁНОЧНЫХ СТРУКТУР TA2O5/TIO2 Плотников В.В. Plotnikov V.V. vivatrubin@yahoo.com Дроздовский А.В. Drozdovskiy A.V. drozdovskyiav@gmail.com Шишмакова Г.А. Shishmakova G.A. domen@domen.ru ФБГОУ ВПО «Санкт-Петербургский Государственный электротехнический университет им. В.И.Ульянова-Ленина (СПбГЭТУ)» Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI" ОАО НИИ «Феррит-Домен» Ferrite Domen Co. 06 05 2013 5 148 148 This is an open-access article distributed under the terms of the CC BY 4.0 license. https://science-education.ru/ru/article/view?id=10665

Методом реактивного магнетронного распыления на постоянном токе были синтезированы плёнки Ta2O5 (оксид тантала), TiO2 (оксид титана) и гетероструктуры Ta2O5/TiO2. На все плёнки тем же методом были осаждены металлические электроды для создания плёночных конденсаторов. По данным спектроскопии были найдены оптические характеристики плёнок: показатель преломления, n ~ 2.2; коэффициент пропускания, T ~ 70%; ширина оптической щели, E ~ 4.2 эВ. По измерениям вольт-фарадных характеристик были найдены значения диэлектрической проницаемости, ε ~ 32 (для TiO2), 25 (для Ta2O5) и 30 (для Ta2O5/TiO2). По измерениям вольтамперных характеристик были найдены значения электрической прочности (напряжения пробоя), Ebd ~ 2 МВ/см и плотности токов утечки при нулевом смещении, J ~ 10-9 А/см2. Проведен анализ вольтамперных характеристик в температурном диапазоне (ВАХТ) на выявление природы токов утечки в диэлектриках. Были обнаружены следующие механизмы проводимости, формирующие токи утечки в диэлектриках: эмиссия Шоттки, полевая эмиссия с ловушек, туннелирование Фаулера-Нордгейма. Также было обнаружено и проанализировано влияние нагрева на токи утечки в диэлектриках. Были рассчитаны значения энергии активации, ω ~ 0.39 эВ и глубины залегания ловушек, φt ~ 0.36 эВ.

DC reactive magnetron sputtered Ta2O5 (tantalum oxide), TiO2 (titanium oxide) thin films and Ta2O5/TiO2 heterostructures were systematically studied on leakage current mechanisms. Shottky emission, field emission and Fowler-Nordheim tunneling were identified as dominant mechanisms for Ta2O5/TiO2 capacitors. Temperature-dependent current-voltage characteristics suggest thermionic activation of charge carries from Ta2O5/TiO2 hope levels that’s why was observed increasing of leakage current densities with heat treatment. By spectroscopic measurements were found Ta2O5/TiO2 optical properties: refractive index, n ~ 2.2; transmission coefficient, T ~ 70%; optical bandgap, Ebg ~ 4.2 eV. By capacitance-voltage and current-voltage measurements were found Ta2O5/TiO2 dielectric properties: dielectric constant, k ~ 32 for TiO2, 25 for Ta2O5 and 30 for Ta2O5/TiO2; dielectric strength (also known as breakdown voltage), Ebd ~ 2 MV/cm; leakage current density at zero bias, J ~ 10-9 A/cm2.

 оксид тантала оксид титана магнетронное распыление диэлектрик tantalum oxide titanium oxide magnetron sputtering high-k dielectric

1. Шалимова К. В. Физика полупроводников: учеб. для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 392 с.

2. Atanassova E., Paskaleva A. Breakdown fields and conduction mechanisms in thin Ta2O5 layers on Si for high density DRAMs // Microelectronics Reliability. – 2002. – Vol. 42. – P. 157-173.

3. High-k HfO2–Ta2O5 mixed layers: Electrical characteristics and mechanisms of conductivity / E. Atanassova, M. Georgieva, D. Spassov [et. al] // Microelectr. Eng. – 2010. – V. 87. – P. 668-676.

4. Gate oxide thickness dependence of the leakage current mechanism in Ru/Ta2O5/SiON/Si structures / M. Tapajna, A. Paskaleva, E. Atanassova [et. al] // Semicond. Sci. Technol. – 2010. – V. 25. – P. 075007.

5. Resistance Controllability of Ta2O5/TiO2 Stack ReRAM for Low-Voltage and Multilevel Operation / M. Terai, Y. Sakotsubo, S. Kotsuji [et. al] // IEEE Electron Device Lett. – 2010. – V. 31. - № 3. – P. 204-206.