利用Sn(dmamp)2和H2O2原子层沉积导电SnO2薄膜及其在模板化金红石TiO2生长中的应用

本研究针对传统SnO2薄膜沉积工艺存在的低生长速率、高杂质含量及高温结晶难题，采用Sn(dmamp)2和H2O2的原子层沉积(ALD)技术，实现了高纯度、低电阻率SnO2薄膜的低温制备（200℃），生长速率达0.11-0.15 nm/cycle，并成功将其作为模板诱导金红石TiO2生长，使MIM电容器介电常数突破88，为纳米电子器件提供了高效解决方案。

　　

在半导体材料领域，二氧化锡(SnO₂)因其高载流子密度和化学稳定性被广泛应用于太阳能电池、气体传感器等领域。然而，传统制备方法面临生长速率低、杂质含量高、结晶温度高等瓶颈问题，尤其作为金红石相二氧化钛(TiO₂)的模板材料时，通常需要700℃以上退火才能实现高介电常数(k>80)，严重制约其在动态随机存取存储器(DRAM)等先进器件中的应用。

为解决这一难题，韩国研究人员通过创新性地采用实验室自研前驱体二甲基氨基-2-甲基-2-丙氧基锡(Sn(dmamp)₂)与过氧化氢(H₂O₂)的原子层沉积(Atomic Layer Deposition, ALD)组合，实现了SnO₂薄膜的突破性生长。该技术将单循环生长速率(GPC)提升至0.11-0.15 nm/cycle，是传统臭氧工艺的3倍以上，同时薄膜密度达5.8 g/cm³，霍尔迁移率20.85 cm²/V·s，且在200℃即可自发形成金红石相结构。更引人注目的是，这种高质量SnO₂薄膜可作为超薄模板，诱导TiO₂在ALD窗口内直接生长为金红石相，使MIM电容器介电常数突破88，相关成果发表在《Applied Surface Science》。

研究团队主要运用三种关键技术：1）热ALD系统在100-200℃温度区间沉积SnO₂；2）采用Ar/O₂等离子体处理增强SiO₂基底活性；3）四探针法和霍尔效应测试系统表征电学性能。通过精确控制前驱体脉冲时间（Sn(dmamp)₂ 0.5-4s，H₂O₂ 2-10s），发现H₂O₂的强氧化性可显著提升配体交换效率，使碳杂质含量低于XPS检测限(<1 at%)。

ALD of SnO₂ films using Sn(dmamp)₂ and H₂O₂
研究发现H₂O₂脉冲时间超过6s时生长速率达饱和状态，而Sn(dmamp)₂需3s实现表面饱和吸附。在200℃沉积温度下，薄膜电阻率最低为1.24×10^-2 Ω·cm，且XRD证实其自发形成金红石相（2θ=26.6°对应(110)晶面），这种特性使其成为理想的TiO₂外延生长模板。

Conclusion
该研究开创性地证明了H₂O₂基ALD工艺在SnO₂制备中的三重优势：高生长速率、本征结晶性和卓越电学性能。通过10nm SnO₂模板层，成功实现TiO₂在300℃的低温结晶，其介电常数较无模板样品提升2.4倍。这种"自模板"策略为高k介电材料的低温集成提供了新范式，对发展下一代高密度存储器具有重要意义。

讨论部分强调，相较于传统臭氧工艺，H₂O₂的强氧化性不仅提升生长效率，还通过完全去除有机配体保障了薄膜纯度。值得注意的是，SnO₂模板诱导的TiO₂外延生长机制，可能源于两者金红石结构仅4.8%的晶格失配度，这种晶格匹配优势为其他功能氧化物材料的低温集成提供了重要参考。