Etude de capacités en couches minces à base d'oxydes métalliques ...

tel-00141132, version 1 - 11 Apr 2007
Chapitre 1 : Problématique
3.2.1. Constante diélectrique
Ils doivent tout d’abord avoir une constante diélectrique plus élevée que SiO2 comme il a déjà
été dit précédemment. Le Tableau 1-2 présente les valeurs de constante diélectrique de
quelques candidats au remplacement du SiO2.
Tableau 1-2 : Constante diélectrique de matériaux high-k prometteurs (la constante diélectrique du SiO 2
est indiquée pour comparaison) [14]
Matériau SiO2 Si3N4 Al2O3 Y2O3 La2O3 Ta2O5 TiO2 HfO2 ZrO2
Constante
diélectrique
3,9 7 9 15 30 26 80 25 25
3.2.2. Hauteur de barrière
La permittivité doit être mise en balance avec la hauteur de barrière entre le diélectrique et le
métal pour éviter les courants de fuite. Il faut que l’écart entre la bande de conduction
(valence) du diélectrique et celle du métal soit le plus élevé possible de manière à empêcher le
passage des électrons.
3.2.3. Stabilité thermodynamique
Il est également important que le diélectrique soit stable thermodynamiquement, c’est-à-dire
qu’il réagisse le moins possible avec les électrodes. C’est souvent un facteur déterminant pour
les propriétés électriques globales. En effet si le diélectrique réagit avec l’électrode, il peut se
créer une couche isolante dont la permittivité est inférieure à celle du matériau high-k,
diminuant ainsi les performances du diélectrique [15]. Lorsqu’une structure possède plusieurs
diélectriques en série, c’est la couche de plus faible capacité qui domine la capacité totale de
la structure. L’optimisation du couple métal/isolant est donc primordiale dans l’étude d’une
structure MIM.
3.2.4. Morphologie du film
Utiliser un diélectrique sous forme amorphe plutôt que cristalline permet de diminuer les
courants de fuite. En effet, les joints de grains présents dans les films polycristallins
représentent un chemin préférentiel pour les courants de fuites.
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