Anorganische Chemie - Wickleder

Precursoren für ultradünne Oxidfilme

In einem Gemeinschaftsprojekt mit der Arbeitsgruppe von Frau Prof. Al-Shamery (Physikalische Chemie, Universität Oldenburg) entwickeln wir Precursoren, aus denen sich auf effizientem Weg ultradünne Oxidschichten abscheiden lassen. Dabei sind insbesondere Oxide mit hohen Dielektrizitätskonstanten von Interesse ("high-k materials"), die bei der zunehmenden Miniaturisierung elektronischer Bausteine eine große Rolle spielen. Geeignete Oxide sind jene der Selten-Erd-Elemente, der frühen Übergangsmetalle und der Refraktärmetalle. Ein wesentliches Charakte­ristikum unseres Abscheideverfahrens ist der Einsatz vor kohlenstofffreien Precursoren oder Ver­bindungen, deren thermischer Abbau im Zuge innerer Redoxreaktionen unter Oxidation kohlen­stoffhaltiger Bestandteile abläuft. In beiden Fällen wird dies mit Hilfe von Nitraten erreicht, die ent­weder solvensstabilisiert in molekularer Form vorliegen oder ionisch aufgebaut sind. Bei letzteren handelt es sich um Nitrosyliumsalze, die sehr sauber in Synthesen mit N2O5 dargestellt werden können. Zunächst werden sowohl die molekularen als auch die ionischen Nitrate der Selten-Erd-Elemente dargestellt und umfassend charakterisiert. In allen Fällen wird schließlich untersucht, wie sich ihre Zusammensetzung und die chemische Natur der eingesetzten Liganden auf das Zerset­zungsverhalten, die Struktur der erzeugten Oxidschichten und deren Kontaminationsfreiheit aus­wirken. Die Charakterisierung erfolgt mit spektroskopischen (XPS) und elektronenmikrosko­pischen Methoden. Ferner werden in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Frau Prof. Lee (School of Material Science and Engineering, University of Singapore) die elektronischen Eigen­schaften der erzeugten Schichten bestimmt. Ein zweites wichtiges Charakteristikum unseres Ver­fahrens ist die Aufbringung der Precursoren mit einfachen, d.h. effizienten und kostengünstigen Methoden, z.B. mit Tauch- oder Spray-Verfahren. Der Einsatz dieser Verfahren zur Belegung von Siliciumoberflächen ist bereits patentiert worden. Diese Verfahren könnten auch dazu geeignet sein, labile Substrate mit Oxiden zu beschichten.

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Abb 1: Nd2O3-Schicht auf einer Silicium (111)-Oberfläche (links). Zur Messung der elektronischen Eigenschaften (rechts) wurde die Nd2O3-Schicht mit einer Schicht TiO2 und Goldelektroden belegt.