Alternatieve halfgeleider oxides voor toekomstige DRAM toepassingen

‘Dynamic random-access memory’ (DRAM) is een type van halfgeleider geheugen met willekeurige toegang die iedere data bit in de vorm van elektrische lading opslaat in een cel die bestaat uit een condensator en een halfgeleidende transistor. Omdat de opgeslagen lading langzaam weglekt moet deze informatie periodiek ververst worden. Om de verversingsfrequentie te reduceren en om een hybride technologie, zoals de integratie van DRAM met CMOS logic, mogelijk te maken zijn alternatieve halfgeleider oxides (SCO’s) mogelijke alternatieven voor silicium als kanaal van de DRAM transistor. Indium-gallium-zink-oxide (IGZO) is een exclusieve n-type SCO die gekarakteriseerd wordt door een grote bandkloof en het daardoor mogelijk maakt om een junctie-loze dunne film transistor met lage lekstromen te ontwikkelen voor toekomstige DRAM toepassingen. De grootste uitdagingen gerelateerd aan het gebruik van IGZO als transistorkanaal zijn de stabiliteit en betrouwbaarheid in aanwezigheid van waterstof. Waterstof is een n-type dopering in IGZO die ook bijdraagt tot de formatie van zuurstofvacatures die ook n-type dopering effecten veroorzaken. Daarnaast zouden elektrische prestaties, zoals elektron mobiliteit, verbeterd kunnen worden. Het onderwerp van dit doctoraats project is het experimenteel verkennen van IGZO met variates in de samenstelling met het potentieel tot hogere elektronmobiliteit en betere chemische (stoichiometrische) en elektrische stabiliteit. Daarbij wordt er ook gekeken naar het toevoegen van alternatieve metalen aan de SCO’s omdat deze minder gevoelig kunnen zijn voor reductie die optreed bij reactie met waterstof. Het experimentele werk bestaat uit het optimaliseren van stoichiometrie, morfologie and dopering met andere elementen zoals lanthaniden en silicium. Van de verschillende morfologieën is de spinel fase een mogelijke kandidaat voor betere structurele en elektrische eigenschappen en zal gebuikt worden als een prototype kristallijne fase om de incorporatie van verschillende elementen nader te onderzoeken. In eerste instantie worden de nieuwe materialen worden verkregen met fysische-dampdepositie (PVD) en zullen verder onderzocht worden door middel van materiaalkarakterisering (X-straaldiffractie, X-straalfluorescentie, ellipsometrie, etc.). Atoom-laag-deposite (ALD) is een andere methode die gebruikt kan worden omdat de conformiteit buitengewoon geschikt is voor complexe structuren en daarom de 3-dimensionale DRAM ontwerpen mogelijk maakt. Daarom is ook een goed begrip van het depositieproces noodzakelijk. Uiteindelijk worden er transistoren gefabriceerd en elektrisch gekarakteriseerd om de afhankelijkheid van de elektrische eigenschappen op de depositie parameters and de samenstelling van het materiaal te onderzoeken.