1 / 54

Estabilidad térmica y transporte de masa en nanopelículas

Estabilidad térmica y transporte de masa en nanopelículas. Alberto Herrera-Gomez Laboratorio de Procesamiento y Caracterización de Nanopelículas CINVESTAV-Unidad Querétaro. Problemas de interés. (SEMATECH). Caracterización de nanopelículas conformes Capas que la constituyen Espesores

lorie
Download Presentation

Estabilidad térmica y transporte de masa en nanopelículas

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Estabilidad térmica y transporte de masa en nanopelículas Alberto Herrera-Gomez Laboratorio de Procesamiento y Caracterización de Nanopelículas CINVESTAV-Unidad Querétaro

  2. Problemas de interés (SEMATECH) • Caracterización de nanopelículas conformes • Capas que la constituyen • Espesores • Composiciones TiNO 24 Å Al2O3 29 Å Procesamiento y caracterización de nanopelículas As-As 4 Å 0.3 ML Ga+3 In0.65Ga0.35As O. Ceballos-Sanchez, A. Sanchez-Martinez, Milton O. Vasquez-Lepe, P. Lysaght, N. Goel, J. Huang, P. Kirsch, A. Rockett, T. Duong, R. Arroyave, and A. Herrera-Gomez. “Mass transport and thermal stability of TiN/Al2O3 and TiN/HfO2 nanofilms on InGaAs.” Submitted to PRL (2011).

  3. Problemas de interés (HITACHI) • Caracterización de nanopelículas conformes • Capas que la constituyen • Espesores • Composiciones C (H-sp3) 5 Å C (sp2) 23 Å Si C Procesamiento y caracterización de nanopelículas 10 Å Si substrate Rap. Comm., Surface and Interface Analysis. 39, p.904 (2007). Analytical Sci., 26, p. 267-272 (2010).

  4. Problemas de interés Caracterización de capas interfaz Procesamiento y caracterización de nanopelículas HfO2 Si substrate

  5. Composition? Thicknesses? Abrupt-Interface or Interface-Layer? Problemas de interés Caracterización de capas interfaz Procesamiento y caracterización de nanopelículas HfO2 Interface layer P.G. Mani-Gonzalez, M.O. Vazquez-Lepe, and A. Herrera-Gomez. “Atomic intermixing in ALD-grown hafnia on Si and SiO2/Si.” To be submitted to JAP (2011). Si substrate

  6. Problemas de interés Difusión TaN 1 ML La2O3 Hf O2 RTA (1000°C 10s) 8 Å Si O1.7 N0.3 Procesamiento y caracterización de nanopelículas 15 Å Si substrate (TEXAS INSTRUMENTS)

  7. Problemas de interés Difusión TaN TaN 1 ML 1 ML La2O3 La2O3 Hf O2 Hf O2 RTA (1000°C 10s) 8 Å 8 Å Si O1.7 N0.3 Si O1.7 N0.3 Procesamiento y caracterización de nanopelículas 15 Å 15 Å Si substrate Si substrate

  8. Problemas de interés Difusión TaN TaN 1 ML Hf O2 La2O3 La La Hf O2 RTA (1000°C 10s) La La 8 Å ? Å La La Si O1.7 N0.3 Si O? N? Procesamiento y caracterización de nanopelículas 15 Å ? Å Si substrate Si substrate

  9. Problemas de interés Difusión TaN TaN 1 ML Hf O2 La2O3 Hf O2 RTA (1000°C 10s) 8 Å ? Å Si O? N? La Si O1.7 N0.3 La La La Procesamiento y caracterización de nanopelículas 15 Å ? Å La La Si substrate Si substrate

  10. Problemas de interés Difusión TaN TaN 1 ML Hf O2 La2O3 Hf O2 RTA (1000°C 10s) 8 Å ? Å La2O3 Si O1.7 N0.3 Si O? N? Procesamiento y caracterización de nanopelículas 15 Å ? Å Si substrate Si substrate

  11. Problemas de interés Difusión TaN TaN 1 ML Hf O2 La2O3 Hf O2 RTA (1000°C 10s) 8 Å ? Å La2O3 Si O1.7 N0.3 Si O? N? Procesamiento y caracterización de nanopelículas 15 Å ? Å Si substrate Si substrate J. Appl. Phys. 106, p. 053506 (2009).

  12. HfO2 SiO2 Si substrate Problemas de interés Difusión (SEMATECH) cap RTA (1000°C 10s) N N 10 Å N N N ? N N 10 Å N N N N Procesamiento y caracterización de nanopelículas

  13. HfON SiON Si substrate Problemas de interés Difusión (SEMATECH) cap cap HfO2 RTA (1000°C 10s) N N 10 Å N N N SiON N N N N N N 10 Å N N N N N N N N N N Procesamiento y caracterización de nanopelículas Si substrate J. Appl. Phys. 104, p. 103520 (2008).

  14. SiO2 Poly Si Poly Si TiN TaN La cap La2O3 HfO2 Hf-Silicate Si substrate Si substrate Previous Studies of Thermal Stability Log La/Hf Concentration Log Si/Ti Ion counts Both La2O3 and La-Silicate were used in experiments Fig. 9: Backside SIMS showing no La penetration into the Si substrate after high T (1000°C) process IBM Sample Our Sample 1IBM VLSI 2006, V. Narayanan et. al.

  15. Si-bulk Poly Si TaN Hf-based La2O3 Diffusion of Ta, La, or Hf into Si bulkBackside Secondary Ion Mass Spectroscopy: All Samples No diffusion of La, Hf, nor Ta, from any of the samples into the substrate. Anneal recipe: 1000ºC in N2 for 5 seconds. Poly Si Si substrate Magnetic Mass Spec. Uses O2+ HV = 9kV Raster size = 180 um Lens = 150 um Data collected at: North Carolina State – F. Stevie

  16. Sample 1 100% Ta La Hf isoSi O N Vertical magnification x18 80% 400K - Unannealed - Annealed 60% 300K Composition Surface O O 200K 40% Ta Si O N 100K 20% Hf La 128ch 234.59KeV 384ch 373.86KeV 512ch 445.00KeV 1ch 165.00KeV 256ch 304.73KeV 24 48 72 96 120 Depth [Å]

  17. Técnica de Caracterización: ARXPS Por qué ARXPS Procesamiento y caracterización de nanopelículas

  18. Photoemission from core levels

  19. Photoemission from core levels K Vacuum Level VB hv EB 3s 2p1/2, 2p3/2 2s 1s

  20. Photoemission from core levels K Vacuum Level VB hv EB 3s 2p1/2, 2p3/2 2s 1s

  21. Photoemission from core levels K Vacuum Level VB hv EB 3s 2p1/2, 2p3/2 2s 1s Survey spectrum for C films C 1s C Auger Si 2p

  22. Photoemission from core levels K Vacuum Level VB hv EB 3s 2p1/2, 2p3/2 2s 1s Survey spectrum for C films C 1s C Auger Si 2p Survey spectrum for HfSiNO films O 1s Hf 4f O Auger N 1s

  23. 5.9 4.9 3.9 2.9 1.9 0.9 -0.1 109 107 105 103 101 99 97 95 ARXPS experiment ARXPS experiment Técnica de Caracterización: ARXPS Principios de ARXPS Electron Energy Analyzer Si 2p Si-Bulk X-Ray Source 1nm SiO2 Si(001) Procesamiento y caracterización de nanopelículas Intensity (c.p.s.) Sample 25 to 75° SiO2 Binding energy (eV)

  24. lower dependence on angle Peak Area Peak Area Take-Off Angle Take-Off Angle atom closer to the surface atom buried deep

  25. Técnica de Caracterización: ARXPS Principios de ARXPS Si 2p Procesamiento y caracterización de nanopelículas 532.5eV 531.3eV

  26. Técnica de Caracterización: ARXPS Principios de ARXPS Procesamiento y caracterización de nanopelículas Dependencia angular de la intensidad de los picos XPS

  27. Técnica de Caracterización: ARXPS Principios de ARXPS Spurious carbon(0.5ML) 8.4 Å Hf O1.9 Si O1.7 N0.5 15.3 Å Procesamiento y caracterización de nanopelículas Si substrate

  28. Técnica de Caracterización: ARXPS Si 2p 2p3/2 2p1/2 Procesamiento y caracterización de nanopelículas • Espectrómetro hemisférico de siete canales • Fuente monocromática • Al mismo tiempo • Alta estadística • Alta resolución

  29. Técnica de Caracterización: ARXPS Desarrollo de metrología Procesamiento y caracterización de nanopelículas AAligner®: Software de adquisición de datos propietario

  30. Técnica de Caracterización: ARXPS Desarrollo de metrología Procesamiento y caracterización de nanopelículas XPSGeometry®: Software de análisis propietario

  31. Técnica de Caracterización: ARXPS Desarrollo de metrología Procesamiento y caracterización de nanopelículas AAnalyzer®: Software de análisis propietario

  32. Técnica de Caracterización: ARXPS Desarrollo de metrología Procesamiento y caracterización de nanopelículas Actualización y corrección de estándares de la ASTM e ISO

  33. Procesamiento de Nanopelículas Atomic Layer Deposition HfO2 Si Procesamiento y caracterización de nanopelículas

  34. Procesamiento de Nanopelículas Sputtering (necesidad) Procesamiento y caracterización de nanopelículas • Presión base en el rango de 10-8 Torr (con precámara) • Necesario para depósito de TiN o TaN sin óxidos • TaN y TiN usados como el metal en MOS y como capa protectora

  35. Recursos Humanos y Líneas de Investigación CINVESTAV-Unidad Querétaro: 21 prof., 7 nivel III SNI,13 nivel II, y 1-I, • Francisco Espinoza • Nanopartículas por Aleado Mecánico (molino de bolas) • Películas multicapas (superredes) crecidas por sputtering (hard coatings) • Microsonda (Electron Probe for Micro Analysis) • AFM (propiedades mecánicas y ferroeléctricas) • Gabriel Luna • Bionanocompositos • Nanopartículas de plata y oro estabilizados en matrices de biopolímeros • Alejandro Manzano • Nanotubos en matrices poliméricas • Juan Muñoz • Nanoindentación • Francisco Pérez • Nanotubos de carbono por CVD sin dopar y dopados • Membranas poliméricas dopadas con nanotubos de carbono para celdas de combustible de alta temperatura • Rafael Ramírez • Nanopelículas para electrónica flexible • Nanoestructuras en zeolitas • Catálisis • Aldo Romero • Modelado de propiedades físicas y químicas de nanoestructuras (métodos semiempíricos, dinámica molecular, DFT) Nanociencia y la Nanotecnologia en Cinvestav-Qro

  36. Infraestructura y Equipo • Laboratorios • Equipo de caracterización • Microsonda JXA-8530F HyperProbe EPMA • AFM-SPM Nanoscope IV-Dimension 3100 • Nanoindentador (Ubi1 Hysitron, Ibis Fischer-Cripps) • XRD (Rigaku Utilma IV, Rigaku D/Max 2000) • XPS (Thermo-Fisher-Intercovamex) • Zetasizer de Malvern (partículas 0.8 nm a 6 micras) • Nanosizer de Colloidal Dynamics (partículas 20 nm a 10 ) • Equipo de procesamiento • Molino de bolas (Spex 8000, Pulverisette 6 Fritsch, …) • ALD • Magnetron Sputtering (DC, pulsed DC, RF) • Sol-Gel • CVD (National Instruments) Nanociencia y la Nanotecnologia en Cinvestav-Qro

  37. Posgrados • Maestría en Ciencias, Especialidad en Materiales • actuales 40 • graduados 70 • Doctorado en Ciencias, Especialidad en Materiales • actuales 60 • graduados 56 Nanociencia y la Nanotecnologia en Cinvestav-Qro

  38. Colaboraciones Actuales • SEMATECH (Patrick Lysaght & Paul Kirsch) • A robust metrology approach based on ARXPS for the characterization of nanofilms • HITACHI-GST (Eric Sun & Eric Flint) • The Structure of Carbon Films from High Resolution ARXPS • Applied Materials (Giusepinna Conti & Yuri Uritsky) • Issues affecting the performance of the Theta-Probe • Texas A&M University (Raymundo Arroyave, Rusty Harris) • Indium diffusion through dielectric nanofilms • INAOE (Joel Molina) • Correlación entre la estructura de nanopelículas de óxido de hafnio con sus propiedades funcionales • CIMAV (Servando Aguirre & Francisco Espinosa) • Método discreto y contínuo para la caracterización del espesor de nanopelículas • IPN (Alicia Rodríguez) • Modificación al background tipo Shirley en el análisis de datos de XPS Colaboraciones

  39. Colaboraciones Deseadas • All-electron first principle calculation • EELS C (H-sp3) 5 Å C (sp2) 23 Å Colaboraciones Si C 10 Å Si substrate

  40. Colaboraciones Deseadas • Exportar la metodología ARXPS propia (Grenoble) Colaboraciones

More Related