研究SiO2:HfO2成分对在β-Ga2O3 (001)基底上采用原子层沉积（ALD）技术制备的HfSiOx栅极介质性能的影响

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Investigation of SiO2:HfO2 Composition Effects on ALD HfSiOx as Gate Dielectric on β-Ga2O3 (001)

HfSiOx薄膜在β-Ga2O3衬底上的介电性能研究显示，初始SiO2层厚度影响界面层形成，导致SiO2/HfO2比例与性能关联不明确。通过引入更厚初始SiO2层，有效降低界面层干扰，验证氧气退火（PDA）可提升介电常数至10.6并显著减少界面陷阱（6.1×1012 cm?2 eV?1 vs 11.9×1012 cm?2 eV?1）。

　　

摘要：

本研究探讨了沉积在 β-Ga2O3 衬底上的 HfSiOx 薄膜的介电性能，重点研究了 SiO2 与 HfO2 的组成比例以及沉积后的退火（PDA）对介电性能的影响。研究采用了深紫外（DUV）辅助的电容-电压（C-V）和电流-电压（I-V）测量方法。初步结果显示，组成比例与介电性能之间没有明显的相关性，这可能是由于 HfSiOx 与 Ga2O3 之间的界面层形成的缘故。为减少界面层的影响，实验中采用了较厚的初始 SiO2 层，从而实现了组成比例与介电性能之间的明确关联。透射电子显微镜（TEM）和能量色散 X 射线光谱（EDS）进一步证实了介电层与 Ga2O3 衬底之间存在清晰的界面。氧气退火处理显著提高了介电常数（从空气退火后的约 11.9 × 10^12 cm^-2 eV^-1 提高到约 10.6），同时显著降低了界面陷阱密度（从约 6.1 × 10^12 cm^-2 eV^-1 降低到约 12 cm^-2 eV^-1）。