Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός διατάξεων MOS με μεταλλικούς νανοκρυστάλλους

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εγκατάσταση συστήματος εξάχνωσης υψηλού κενού (~10-8 mbar) ώστε να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή δομών MOS με νανοκρυστάλλους. Οι δομές αυτές χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο τα τελευταία χρόνια στην κατασκευή μη πτητικών μνημών. Αυτό οφείλεται στην αυξημένη αξιοπιστία τους που προκύπτει από το γεγονός ότι σε περίπτωση που δημιουργηθεί κάποιος αγώγιμος δρόμος μέσα στο λεπτό οξείδιο λόγω παρουσίας κάποιας ατέλειας, τότε δεν εκφορτίζεται όλο το “στρώμα” συγκράτησης φορτίων αλλά μόνο μερικοί νανοκρύσταλλοι ή μερικά σημειακά κέντρα τα οποία βρίσκονται κοντά στον αγώγιμο δρόμο. Αυτό προσφέρει ταυτόχρονα μεγαλύτερους χρόνους διατήρησης του φορτίου. Στη συνέχεια περιγράφονται τα δομικά μέρη του θαλάμου εξάχνωσης, το βασικότερο κομμάτι του οποίου είναι ο εξαχνωτής ηλεκτρονικής δέσμης (electron beam evaporator). Ο εξαχνωτής περιλαμβάνει τέσσερα κανόνια ηλεκτρονίων (e-guns), προσφέροντας τη δυνατότητα συνεξάχνωσης (co-evaporation) έως και τεσσάρων υλικών. Η πειραματική διαδικασία λαμβάνει χώρα σε συνθήκες πολύ υψηλού κενού (high vacuum) εξασφαλίζοντας την ελάχιστη δυνατή επιμόλυνση προς το δείγμα που πρόκειται να κατασκευαστεί. Ακολούθως γίνεται ο μορφολογικός χαρακτηρισμός των δειγμάτων που παρασκευάσθηκαν με την τεχνική της Μικροσκοπίας Ατομικής Δύναμης (Atomic Force Microscopy-AFM) και την τεχνική της Μικροσκοπίας Ατομικής Δύναμης με αγώγιμη ακίδα (conductive Atomic Force Microscopy, c-AFM). Παρουσιάζονται επίσης, οι μετρήσεις χωρητικότητας-τάσης (C-V) και διαγωγιμότητας-τάσης σε υψηλές συχνότητες (f=1 MHz) ώστε να διαπιστωθεί το αν μπορούν οι παρασκευασθείσες δομές να χρησιμοποιηθούν ως στοιχεία μνήμης.

The purpose of this diploma thesis is the installation of a high vacuum (10-8 mbar) deposition chamber in order to fabricate MOS devices containing embedded nanocrystals. These devices are increasingly used at non volatile memory technology due to their reliability which originates from the fact that the presence of defects inside the oxide layer would not discharge all of the nanocrystals; instead they would only affect nanocrystals which are close to the defects. This fact results in higher charge retention times. The consisting parts of the vacuum chamber are also described. The fundamental part of the deposition chamber is the electron beam evaporator which consists of four electron-guns, that can be used for co-evaporation. The experimental procedure is carried out under high vacuum conditions assuring low contamination of the fabricated sample. Next, Atomic Force Microscopy (AFM) and conductive Atomic Force Microscopy (c-AFM) were used to characterize the structure of the produced samples. Moreover, high frequency (f=1 MHz) capacitance-voltage (C-V) and conductance-voltage (G-V) measurements were carried out in order to determine whereas the fabricated structures could be used as memory cells.