反应溅射法制备铝掺杂氧化锆薄膜及其热稳定性的研究

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1、万方数据第22卷第6期无机材料学报V01．22，No．62007年11月JournalofInorganicMaterialsNov．，2007文章编号：1000—324X(2007)06—1206—05反应溅射法制备铝掺杂氧化锆薄膜及其热稳定性的研究马春雨1，李智2，张庆瑜1(1．大连理工大学三束材料改性国家重点实验室，大连116023；2．大连大学机械I程学院，大连116622)摘要t采用反应射频磁控溅射在Si(100)基片上制备丁不

2、可微结构的铝掺杂氧化锆薄膜．利用高分辨透射电子显微镜、x射线衍射仪和原子力显微镜研究

3、了退火温度对铝掺杂氧化锆薄膜热学稳定性、界面稳定性和表面粗糙度的影响，探讨了铝掺杂氧化锆薄膜的，一y特性与薄膜的微观状态之间的关系．研究结果显示·在铝掺杂氧化锆薄膜中掺入不同量的Al对薄膜的微结构有较大影响，随着薄膜中Al／Zr原子含量比的增大，薄膜微结构经历从a-Zr02(来掺热)到t-(Zr，A])02相和c-(Zr，AI)02相(hl／Zr=Ua)再到*(zr’AI)02(AI／Zr=4／5)的变化；与纯ZrOz薄膜相比，Al掺杂氧化锆(Al／Zr=4／5)薄膜的结晶化温度明显提高，薄膜热学稳定性得到改善．关键词t薄

4、膜物理学；铝掺杂氧化锫薄膜；磁控溅射；热稳定性中圉分类号：0484文献标识码：AThermalStabilityofA1一dopedZr02FilmsPreparedbyReactiveRFMagnetronSputteringMAChun—Yul，LIZhi2，ZHANGQing-Yul(1StateKeyLaboratoryofMaterialsModificationbyLaser，IonandElectronBeam，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China；2

5、DepartmentofMechanicalEngineering，DalianUniversity,Dalian116622，ChinalAbstract：A1一dopedZr02filmswithdifferentmicrostructuresweredepositedonSi(100)substratesbyusingreactiveRFulagnetronsputteringprocesswithmetallicZrandAlastargetsinanargon-oxygenatmosphere．Thefilmsw

6、erecharacterizedwithhigh-resolutiontransmissionelectronmicroscope(HRTEM)，X-raydiffraction(XRD)，andatomicforcemicroscope(AFM)toinvestigatevarietyofthethermalstabili妣theinterfacialstabilityandthesurfaceroughnessofthefilmswithdifferentannealingtemperatures．Theinfluen

7、ceofthenficrostructuresofAl-dopedZr02thinfilmsontheirelectrical■ycharacteristicswasalSOdiSCUSSed．TheresultsshowthattheatomiccontentofAlinfilmshasasignificantinfluenceonthemicrostractures，uponincreasingtheatomiccontentratioofA1／Zr，thestructuretransitionofthefilmsis

8、evZr02(pure)—}t-(Zr，A1)02andc-(Zr，AI)02(Al／Zr=l／4)-*a一(Zr，AI)02(Al／Zr=4／5)Al-dopedZr02thinfilmswithAl／Zratomicratioof4／5hastheincreaseinthecrystallizationtemperaturecomparedtoapureZr02film，SOthethermalstabilityofthefihnsisimproved．Keywords：thinfilmphysics；Al—doped

9、Zr02thinfilm；magnetronsputtering；thermalstability1引言随着超大规模集成电路的快速发展，器件的特征尺寸在不断减小，特别是进入到亚0．1“m尺寸范围时，Si02栅介质尺寸将达到纳米数量级，此时栅电极与沟道问的直接隧穿将会变得非常严重，因此寻找合适的、可替代传