Messung der Sauerstoffdiffusion in nanometerskaligen HfO2-Gate-Dielektrikumfilmen

Die Diffusion von Sauerstoffionen in dünnen (≲40 Å) HfO2-Gate-Dielektrikumfilmen wird mittels transienter Gate-Ströme gemessen. Der Diffusionskoeffizient wird mit ∼1×10−14 cm2/s bei Raumtemperatur geschätzt und zeigt eine thermische Aktivierung mit einer Aktivierungsenergie von ∼0.52 eV für nanometerskalige HfO2-Filme. Die Diffusionsergebnisse stimmen mit denen für positiv geladene Sauerstoffvacancies in Massensamples ähnlicher Oxide sowie mit Ergebnissen von Berechnungen erster Prinzipien zur Sauerstoffvacancy-Diffusion in dünnen HfO2-Filmen überein. Damit demonstrieren wir eine Methode zur Messung der Sauerstoffdiffusion in dünnen HfO2-Filmen, wo Diffusionsmessungen mit herkömmlichen Techniken schwer zu erzielen waren.