Development and Characterization of Three-Dimensional HZO Capacitor for Ultra-Dense Ferroelectric Non-Volatile Memories رسالة دكتوراة

Abstract

في هذه الأطروحة، تمت دراسة السلوك الاستقطابي الكهربائي في المكثفات ثلاثية الأبعاد المصنوعة من أكسيد الهافنيوم زركونيوم. تم تصنيع مكثفات على رقائق سيليكون بقطر 300 مليمتر بسمك يتراوح من 6 نانومتر إلى 10 نانومتر، باستخدام تقنيتي الترسيب الذري الطبقي والترسيب الكيميائي بالبخار. جرى تحليل الخصائص الكهربائية والبنيوية لهذه المكثفات من خلال دراسة تأثير ثلاثة عوامل رئيسية، وهي: نسبة البُعد الهندسي، سمك طبقة أكسيد الهافنيوم زركونيوم ، ودرجة حرارة المعالجة الحرارية السريعة. تم تحليل البنية البلورية باستخدام تقنية حيود الأشعة السينية بزوايا انزلاقية، حيث أظهرت النتائج أن زاوية السقوط المثلى للحصول على أنماط حيود واضحة تبلغ 7 درجات. وقد لوحظ أن درجة التبلور تتحسن، وأن شدة القمم البلورية تزداد بزيادة كل من درجة حرارة المعالجة وسمك أكسيد الهافنيوم زركونيوم. كما بينت النتائج أن العينات ذات النسبة البُعدية الأكبر أظهرت شدة قمم أعلى مقارنة بتلك ذات النسبة الأقل. وقد أظهرت التحاليل البنيوية تكوّن الطور البلوري المتعامد. وتم تحديد درجة الحرارة المثلى. لدراسة الخصائص الكهربائية ، تم اعتماد تقنية النبضات المتعاقبة لقياس الاستقطاب المتبقي الناتج عن حلقات الاستجابة الفروكهربائية. وقد تم اعتماد تردد 10 كيلوهرتز بعد إجراء اختبارات عند ترددات مختلفة. سجلت العينات ذات النسبة البُعدية الأعلى قيماً أعلى من الاستقطاب المتبقي، الذي لوحظ أنه يتحسن أيضا بزيادة السمك ودرجة حرارة المعالجة. كما أظهرت اختبارات قوة التحمل أن العينات ذات السمك الأقل والتي تمت معالجتها بدرجات حرارة معتدلة قدّمت استقرارًا كهربائيًا جيدا ، حيث تجاوز أداء بعضها 10⁹ دورة تشغيل قبل حدوث الانهيار الكهربائي. هذه النتائج تسلط الضوء على أهمية التصميم البنيوي ثلاثي الأبعاد ودور النسبة البُعدية في تعزيز السلوك الاستقطابي الكهربائي، كما تؤكد الحاجة إلى ضبط دقيق لكل من المعالجة الحرارية وسمك أكسيد الهافنيوم زركونيوم من أجل تحقيق أداء ثابت وعالي الكفاءة للمكثفات الفروكهربائية.