Service de Physique de l'Etat Condensé

Couches minces d'oxydes à haute permittivité
Etudes en photoémission logo_tutelle 

Sensibilité de la photoémisison à la surface. Le niveau de coeur Si(2p) d'un atome émetteur en surface est déplacé de près de 3eV par rapport au niveau de coeur d'un atome en volume.

La photoémission est une technique puissante pour étudier la structure électronique des matériaux. La photoémission à haute énergie (5-10 keV) permet en particulier de sonder les états électroniques des niveaux de cœur, permettant de connaître l'environnement chimique d'un élément donné. Le rayonnement synchrotron, puissant et accordable, autorise aujourd'hui des résolutions énergétiques très élevées (de l'ordre du meV) ainsi que le développement de nouvelles imageries en photoémission (tel que le développement en cours d’un instrument NanoESCA en collaboration avec le LETI-CEA). Couplés à d'autres techniques telles que la diffraction de rayons X (ESRF), la microscopie électronique et les méthodes de calcul ab-initio permettant de simuler les spectres, la photoémission est une technique incontournable pour l'étude des nouveaux dispositifs semi-conducteurs tels que les dispositifs CMOS. Leurs miniaturisation implique la réduction de la longueur du canal à des valeurs inférieures à 100 nm à l’horizon 2010. Pour ceci des épaisseurs d’oxyde de grille de l'ordre du nanomètre devront être atteints. Le remplacement, par exemple, de la silice par des oxydes à haute permittivité permet d'atteindre des épaisseurs physiques d’environ 4 nm, des courants de fuite acceptables et des performances capacitives et électroniques intéressantes. Les silicates d’hafnium sont parmi les meilleurs candidats parmi ces oxydes de grille à haute permittivité.  

Après dépôt d'une couche de silicate, la photoémission issue du niveau de coeur Hf(4f) montre l'homogénéité des liaisons chimiques dans la couche. Après nitruration, l'allure différente des spectres montre l'altération uniforme de la couche sur 1 nm.

L'étude par photoémission avec le rayonnement synchrotron de ces couches minces d’oxydes de grille à haute permittivité contribue à caractériser la physique de ces couches à propriétés innovantes, en particulier leurs propriétés chimiques et électroniques.  

Maj : 22/07/2005 (300)

 

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