高介電值氧化物在砷化鎵(111)A的特性

Characterization of High-κ Oxides on GaAs (111)A

江宗鴻

指導教授 ： 洪銘輝 ； 黃倉秀

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/博士(2014年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2014.00364

摘要

當互補式金屬氧化物半導體(CMOS)被要求改善而使用矽以外的通道材料，半導體化合物，如砷化鎵，由於遷移率比矽較高，被視為候選者。高性能元件需要高品質的高介電值與氧化物介面。幾種稀土氧化物，氧化釓，氧化鎵（氧化钆），氧化鋁...等，都表現出了優異的結果。然而，界面能態密度值(Dit)下降到了一個極限。Dit來源部分是從基板表面上的懸掛鍵。砷化鎵(111)的表面較(100)擁有較小的斷鍵數。這項工作在研究GaAs (111)A的表面以及與稀土族氧化物的界面。本論文中所使用的氧化物為氧化釓以及氧化鋁。並且在化學上、結構上以及電性上進行氧化物與半導體界面的分析。
氧化釓沉積在利用MBE系統成長的GaAs (111)A上。氧化物薄膜利用反射式高能電子繞射及高解析度同步輻射X-ray繞射分析。薄膜隨著厚度從2奈米到6奈米產生結構變化，從六方晶系轉變成單斜晶系；2奈米氧化物擁有H-Gd2O3(0001)[101 ̅0]||GaAs(111)[42 ̅2 ̅ ]的關係，而6奈米氧化物則是M-Gd2O3(2 ̅01)[102]||GaAs(111)〈42 ̅2 ̅ 〉，其中H和M分別表示六方晶系和單斜晶系。
當砷化鎵(111)A表面暴露在三甲基鋁(TMA)時，TMA會失去所有的甲基形成鋁原子，再鎵空缺處與砷產生鍵結。另外，一種物理吸附的TMA分子會在另外的位置形成。接下來氧化物的成長不會讓在鎵空缺的鋁、砷或者鎵的氧化。重構後的鎵原子會產生懸掛鍵，而且所有的砷原子會形成四重配位。最後因為水的加入會使物理吸附的TMA遭到破壞，而開始氧化鋁的形成。

關鍵字

砷化鎵(111)A ； 分子束磊晶 ； 高介電氧化物 ； X射線繞射 ； X射線光電子能譜

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