Epitaktische Seltenerd-Scandatschichten für die Mikroelektronik

Die fortschreitende Erhöhung der Integrationsdichte elektronischer Schaltkreise führt zu der Notwendigkeit, das bislang als Gate-Dielektrikum von MOSFETs verwendete SiO2 durch Materialien mit höherer Dielektrizitätskonstante, sogenannten high-k-Dielektrika, zu ersetzen. Aufgrund ihrer thermodynamischen Stabilität auf Silizium sind die Seltenerd-Scandate REScO3 (mit RE Y, La oder ein Element aus der Lanthaniden-Gruppe) mögliche Kandidaten für den Ersatz von SiO2. In der vorliegenden Arbeit werden dünne epitaktische und amorphe LaScO3-, GdScO3-, DyScO3- und LuScO3-Schichten untersucht sowie Vielschichtsysteme aus Scandaten und Titanaten. Das Schichtwachstum erfolgte mittels Laserablation (PLD) und Molekularstrahlepitaxie (MBE). Die epitaktischen Scandatschichten zeigen eine orthorhombische Perowskitstruktur (die im Falle von LuScO3 durch das Substrat stabilisiert ist, da LuScO3 eigentlich in Bixbyitstruktur kristallisiert) und eine Dielektrizitätskonstante im Bereich von 20�28 mit einer optischen Bandlücke von etwa 6 eV. Ähnliche Eigenschaften ergeben sich für amorphe Schichten auf Silizium. Anhand von Vielschichtsystemen (Nanolaminaten) aus GdScO3/BaTiO3 und DyScO3/SrTiO3 wurden die epitaktischen Orientierungsbeziehungen untersucht sowie die Möglichkeit, eine noch höhere und einstellbare Dielektrizitätskonstante zu erzielen. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, daß die Seltenerd-Scandate vorteilhafte Eigenschaften für den Einsatz in der Mikroelektronik aufweisen

Si-compatible candidates for high-K dielectrics with the Pbnm perovskite structure

We analyze both experimentally (where possible) and theoretically from first-principles the dielectric tensor components and crystal structure of five classes of Pbnm perovskites. All of these materials are believed to be stable on silicon and are therefore promising candidates for high-K dielectrics. We also analyze the structure of these materials with various simple models, decompose the lattice contribution to the dielectric tensor into force constant matrix eigenmode contributions, explore a peculiar correlation between structural and dielectric anisotropies in these compounds and give phonon frequencies and infrared activities of those modes that are infrared-active. We find that CaZrO_3, SrZrO_3, LaHoO_3, and LaYO_3 are among the most promising candidates for high-K dielectrics among the compounds we considered.Comment: 17 pages, 9 figures, 4 tables. Supplementary information: http://link.aps.org/supplemental/10.1103/PhysRevB.82.064101 or http://www.physics.rutgers.edu/~sinisa/highk/supp.pd