RU210435U1 - САМОСОВМЕЩЕННЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3 - Google Patents

САМОСОВМЕЩЕННЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3 Download PDF

Info

Publication number
RU210435U1
RU210435U1 RU2021127110U RU2021127110U RU210435U1 RU 210435 U1 RU210435 U1 RU 210435U1 RU 2021127110 U RU2021127110 U RU 2021127110U RU 2021127110 U RU2021127110 U RU 2021127110U RU 210435 U1 RU210435 U1 RU 210435U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ferroelectric
lanio
lanio3
substrate
capacitor
Prior art date
Application number
RU2021127110U
Other languages
English (en)
Inventor
Константин Анатольевич Воротилов
Алексей Сергеевич Вишневский
Дмитрий Сергеевич Серегин
Даниил Анатольевич Абдуллаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА Российский технологический университет»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА Российский технологический университет» filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА Российский технологический университет»
Priority to RU2021127110U priority Critical patent/RU210435U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU210435U1 publication Critical patent/RU210435U1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G7/00Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture
    • H01G7/06Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture having a dielectric selected for the variation of its permittivity with applied voltage, i.e. ferroelectric capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к самосовмещенному сегнетоэлектрическому конденсатору с электродами из LaNiO3,и может быть использована в электрических конденсаторах с нелинейным диэлектриком. Увеличение токового сигнала, обусловленного переключением заряда, является техническим результатом, который достигается за счет того, что сегнетоэлектрический конденсатор содержит подложку и последовательно нанесенные на нее барьерный подслой, нижний электрод из LaNiO3, сегнетоэлектрическую пленку на основе цирконата-титаната свинца и верхний электрод из LaNiO3, которые образуют слоистую конденсаторную структуру, сформированную методом химического осаждения из растворов. Подложка выполнена с углублением, имеющим U-образный планаризованный профиль сечения, в котором сформирована слоистая конденсаторная структура. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области электрических устройств, а именно к электрическим конденсаторам с нелинейным диэлектриком, и может быть использована в технологии микроэлектронного полупроводникового производства широкого класса управляемых электрическим полем интегрированных сегнетоэлектрических элементов и пьезоэлектрических устройств микромеханики: сегнетоэлектрической энергонезависимой памяти, разнообразных датчиков, преобразователей и пьезоэлектрических генераторов электрической энергии.
Из уровня техники известен сегнетоэлектрический конденсатор, содержащий подложку и последовательно нанесенные на нее барьерный подслой, нижний электрод, сегнетоэлектрическую пленку на основе цирконата-титаната свинца и верхний электрод [Патент RU 153583 U1, опубл. 27.07.2015 (первый аналог)].
Недостатком первого аналога является использование в качестве материала нижнего электрода драгоценного металла - платины. При этом сегнетоэлектрическую пленку наносят методом химического осаждения из раствора, а нижний электрод и верхний электрод напыляют методом термического испарения в вакууме. Данные методы не могут быть реализованы в рамках одного технологического цикла. Помимо этого первый аналог не позволяет формировать массив дискретных сегнетоэлектрических конденсаторов без проведения промежуточных литографических операций.
Близким по технической сущности и достигаемому результату является сегнетоэлектрический конденсатор, содержащий подложку и последовательно нанесенные на нее барьерный подслой, нижний электрод из LaNiO3, сегнетоэлектрическую пленку на основе цирконата-титаната свинца и верхний электрод из LaNiO3, образующие слоистую конденсаторную структуру [Yun S.H. et al. Systematic investigation of the growth of LaNiO3/PZT/LaNiO3/Si and LaNiO3/PZT/LaNiO3/polymer/Si for IR detector applications // Infrared Detectors and Focal Plane Arrays VII. - 2002. - V. 4721. - P. 75-82 (второй аналог)].
Во втором аналоге нанесение нижнего электрода, сегнетоэлектрической пленки и верхнего электрода реализовано в рамках одного технологического цикла методом ионно-стимулированной лазерной абляции в вакууме. Нижний электрод и верхний электрод выполнены из проводящего LaNiO3, имеющего перовскитную природу, подобную сегнетоэлектрической пленке на основе цирконата-титаната свинца. Однако, как и в первом аналоге, реализация второго аналога требует проведения промежуточных литографических операций.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является сегнетоэлектрический конденсатор, содержащий подложку и последовательно нанесенные на нее барьерный подслой, нижний электрод из LaNiO3, сегнетоэлектрическую пленку на основе цирконата-титаната свинца и верхний электрод из LaNiO3, образующие слоистую конденсаторную структуру, слои которой нанесены методом химического осаждения из растворов [патент US 2004043520 A1, опубл. 04.03.2003]. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
В прототипе нижний электрод из LaNiO3, сегнетоэлектрическая пленка на основе цирконата-титаната свинца и верхний электрод из LaNiO3 нанесены в рамках одного технологического цикла методом химического осаждения из растворов. Так же, как и в аналогах, реализация прототипа требует проведения промежуточных литографических операций. Другим существенным недостатком прототипа, свойственным, в том числе и аналогам, является то, что каждый слой требует планаризации для формирования плоскопараллельной пластинчатой слоистой конденсатораной структуры. В свою очередь, плоскопараллельная пластинчатость является причиной большого латерального размера сегнетоэлектрического конденсатора. В случае использования такого сегнетоэлектрического конденсатора в качестве основного элемента ячейки памяти сегнетоэлектрического запоминающего устройства его латеральный размер существенно больше по сравнению с флэш и DRAM памятью. Проблема скейлинга (пропорцинальной миниатюризации) обусловлена тем, что с уменьшением площади сегнетоэлектрической пленки происходит падение токового сигнала, обусловленного переключением заряда спонтанной поляризации. В связи с этим, снижается потенциал битовой линии, которого может оказаться недостаточно для однозначного определения записанного состояния поляризации в случае его использования в качестве основного элемента ячейки памяти сегнетоэлектрического запоминающего устройства.
В основу предлагаемой полезной модели положена задача достижения следующего технического результата: увеличение токового сигнала, обусловленного переключением заряда спонтанной поляризации сегнетоэлектрического конденсатора.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются за счет того, что в сегнетоэлектрическом конденсаторе, содержащем подложку и последовательно нанесенные на нее барьерный подслой, нижний электрод из LaNiO3, сегнетоэлектрическую пленку на основе цирконата-титаната свинца и верхний электрод из LaNiO3, образующие слоистую конденсаторную структуру, слои которой нанесены методом химического осаждения из растворов, согласно предложенной полезной модели, подложка выполнена с углублением, в котором сформирована слоистая конденсаторная структура, имеющая U-образный планаризованный профиль сечения.
Выполнение подложки с углублением обеспечивает самосовмещение барьерного подслоя, нижнего электрода из LaNiO3, сегнетоэлектрической пленки и верхнего электрода из LaNiO3 при их последовательном нанесении благодаря процессам адгезии, смачивания и растекания, имеющим место при центрифугировании пленкообразующего раствора.
U-образный профиль сечения слоистой конденсаторной структуры позволяет увеличить площадь сегнетоэлектрической пленки при сохранении латеральных размеров сегнетоэлектрического конденсатора.
Планаризация поверхности слоистой конденсаторной структуры, имеющей U-образный профиль сечения, позволяет без проведения промежуточных литографических операций получить изолированный сегнетоэлектрический конденсатор, который полностью готов к дальнейшим технологическим операциям по его подключению к другим функциональным элементам, например, ячейки памяти сегнетоэлектрического запоминающего устройства, содержащего массив дискретных сегнетоэлектрических конденсаторов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично изображен самосовмещенный сегнетоэлектрический конденсатор с электродами из LaNiO3.
Самосовмещенный сегнетоэлектрический конденсатор с электродами из LaNiO3 содержит подложку 1 и последовательно нанесенные на нее барьерный подслой 2, нижний электрод 3 из LaNiO3, сегнетоэлектрическую пленку 4 на основе цирконата-титаната свинца и верхний электрод 5 из LaNiO3, образующие слоистую конденсаторную структуру. Нижний электрод 3, сегнетоэлектрическая пленка 4 и верхний электрод 5 нанесены методом химического осаждения из растворов. Подложка 1 выполнена с углублением. Слоистая конденсаторная структура сформирована в углублении подложки 1 и имеет U-образный планаризованный профиль сечения.
Самосовмещенный сегнетоэлектрический конденсатор с электродами из LaNiO3 работает следующим образом.
При подаче электрического напряжения между нижним электродом 3 и верхним электродом 5 дипольные моменты элементарных ячеек зерен сегнетоэлектрической пленки 4 ориентируются в направлении вектора напряженности внешнего электрического поля, и сегнетоэлектрическая пленка 4 поляризуется в соответствии с полярностью поданного напряжения. При отключении напряжения состояние поляризации сегнетоэлектрической пленки 4 в значительной степени сохраняется в течение длительного времени (т.н. остаточная поляризация).
На эффекте остаточной поляризации основан принцип работы энергонезависимой сегнетоэлектрической ячейки памяти. Сама ячейка памяти состоит из одного транзистора и одного сегнетоэлектрического конденсатора, логические состояния «0» и «1» записываются в виде противоположно ориентированных векторов поляризации сегнетоэлектрической пленки 4. Считывание логических состояний в ячейке памяти производится путем определения состояния поляризации сегнетоэлектрического конденсатора, для этого осуществляется подача импульса напряжения между нижним электродом 3 и верхним электродом 5. При совпадении полярности поданного импульса с поляризацией сегнетоэлектрической пленки 4 в цепи регистрируется малый ток зарядки емкости. Если же полярность поданного импульса отличается от поляризации сегнетоэлектрической пленки 4, то вместе с током зарядки емкости регистрируется ток переключения.
Изготовление предлагаемой полезной модели может быть осуществлено (технически реализовано) следующим образом.
Процесс изготовления самосовмещенного сегнетоэлектрического конденсатора с электродами из LaNiO3 начинают с приготовления пленкообразующего раствора никелата лантана с мольным соотношением La:Ni=1:1, получаемого, например, в соответствии со способом, описанным в [патент RU 186911 U1, опубл. 11.02.2019]. Также приготавливается безводный пленкообразующий раствор на основе цирконата-титаната свинца, осуществляемый, например, в соответствии со способом, описанным в [патент RU 2470866 С1, опубл. 27.12.2012].
Безводный пленкообразующий раствор на основе цирконата-титаната свинца может дополнительно содержать, по меньшей мере, одну легирующую добавку (например, лантан или ниобий) для снижения токов утечки в сегнетоэлектрической пленке 4 за счет компенсации свободных носителей заряда (дырок).
Для непосредственного изготовления самосовмещенного сегнетоэлектрического конденсатора с электродами из LaNiO3 берется подложка 1 с предварительно подготовленным углублением. Далее на подложку 1 осаждается из газовой фазы методом атомно-слоевого осаждения диэлектрический барьерный подслой 2, например, из оксида титана, оксида алюминия, оксида гафния, нитрида титана или нитрида алюминия. Затем на подложку 1 поверх барьерного подслоя 2 наносят пленкообразующий раствор LaNiO3 методом центрифугирования при скорости вращения 2000÷3000 об/мин. Полученный слой сушат при температуре 150÷250°С в течение 5 мин и подвергают пиролизу при температуре 400÷500°С в течение 10 мин. В результате этой операции формируется слой твердого раствора LaNiO3. Затем таким же образом сверху формируют остальные слои твердого раствора LaNiO3 путем послойного нанесения, сушки и пиролиза. Количество слоев твердого раствора LaNiO3 зависит от необходимой толщины формируемого нижнего электрода 3. После этого проводят кристаллизацию LaNiO3 при температуре 600÷700°С в течение 15 мин для получения нижнего электрода 3.
Следующим этапом на нижний электрод 3 наносят безводный пленкообразующий раствор на основе цирконата-титаната свинца методом центрифугирования при скорости вращения 2500÷3000 об/мин. Затем полученный слой сушат при температуре 150÷250°С в течение 5 мин и подвергают пиролизу при температуре 350÷450°С в течение 10 мин. В результате этой операции формируется слой твердого раствора на основе цирконата-титаната свинца. Затем таким же образом сверху формируют остальные слои твердого раствора на основе цирконата-титаната свинца путем послойного нанесения, сушки и пиролиза. Количество слоев твердого раствора на основе цирконата-титаната свинца зависит от необходимой толщины формируемой сегнетоэлектрической пленки 4. После этого проводят кристаллизацию при температуре 600÷700°С в течение 15÷30 мин для получения сегнетоэлектрической пленки 4.
Верхний электрод 5 формируется на сегнетоэлектрической пленке 4 аналогично нижнему электроду 3.
Последним этапом создания самосовмещенного сегнетоэлектрического конденсатора с электродами из LaNiO3 является планаризация поверхности слоистой конденсаторной структуры, имеющей U-образный профиль сечения, путем механической полировки, химико-механической полировки или ионно-лучевого травления инертным газом, например, аргоном при малых углах падения пучка ионов к плоскости подложки в диапазоне от 2° до 7° и энергией от 0,5 до 10 кэВ.
Предложенная полезная модель позволяет увеличить токовый сигнал, обусловленный переключением заряда спонтанной поляризации сегнетоэлектрического конденсатора.

Claims (1)

  1. Сегнетоэлектрический конденсатор, содержащий подложку и последовательно нанесенные на нее барьерный подслой, нижний электрод из LaNiO3, сегнетоэлектрическую пленку на основе цирконата-титаната свинца и верхний электрод из LaNiO3, образующие слоистую конденсаторную структуру, слои которой нанесены методом химического осаждения из растворов, отличающийся тем, что подложка выполнена с углублением, в котором сформирована слоистая конденсаторная структура, имеющая U-образный планаризованный профиль сечения.
RU2021127110U 2021-09-15 2021-09-15 САМОСОВМЕЩЕННЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3 RU210435U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021127110U RU210435U1 (ru) 2021-09-15 2021-09-15 САМОСОВМЕЩЕННЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021127110U RU210435U1 (ru) 2021-09-15 2021-09-15 САМОСОВМЕЩЕННЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU210435U1 true RU210435U1 (ru) 2022-04-15

Family

ID=81255695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021127110U RU210435U1 (ru) 2021-09-15 2021-09-15 САМОСОВМЕЩЕННЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU210435U1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040043520A1 (en) * 2002-08-29 2004-03-04 Fujitsu Limited Device having capacitor and its manufacture
CN1507030A (zh) * 2002-12-06 2004-06-23 台湾积体电路制造股份有限公司 使用于低驱动电压的铁电电容制造方法
RU186911U1 (ru) * 2018-10-26 2019-02-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" ПОРИСТЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3
CN113012939A (zh) * 2021-02-22 2021-06-22 四川大学 高耐电压低损耗硅基薄膜电容器及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040043520A1 (en) * 2002-08-29 2004-03-04 Fujitsu Limited Device having capacitor and its manufacture
CN1507030A (zh) * 2002-12-06 2004-06-23 台湾积体电路制造股份有限公司 使用于低驱动电压的铁电电容制造方法
RU186911U1 (ru) * 2018-10-26 2019-02-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" ПОРИСТЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3
CN113012939A (zh) * 2021-02-22 2021-06-22 四川大学 高耐电压低损耗硅基薄膜电容器及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YUN S.H. et al. Systematic investigation of the growth of LaNiO3/PZT/LaNiO3/Si and LaNiO3/PZT/LaNiO3/polymer/Si for IR detector applications // Infrared Detectors and Focal Plane Arrays VII. - 2002. - V. 4721. - P. 75-82. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10192972B2 (en) Semiconductor ferroelectric storage transistor and method for manufacturing same
US6649957B2 (en) Thin film polycrystalline memory structure
KR20080009748A (ko) 강유전성 박막을 형성하기 위한 방법, 상기 방법의 사용 및강유전성 올리고머 메모리 물질을 갖는 메모리
US11145665B2 (en) Electrical storage device with negative capacitance
CN100388497C (zh) 金属薄膜及其制造方法、电介质电容器及其制造方法及半导体装置
JPH10270654A (ja) 半導体記憶装置
US20120171784A1 (en) Magnetron-sputtering film-forming apparatus and manufacturing method for a semiconductor device
KR100740964B1 (ko) 반도체 장치 및 그 제조 방법
WO1997033316A1 (fr) Composant a semi-conducteur et sa fabrication
RU210435U1 (ru) САМОСОВМЕЩЕННЫЙ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР С ЭЛЕКТРОДАМИ ИЗ LaNiO3
US7183601B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing thereof
JPH10321809A (ja) 半導体記憶素子の製造方法
KR100238210B1 (ko) 산화티탄마그네슘 박막을 이용한 fram 및 ffram 소자
US20080019075A1 (en) Dielectric capacitor
EP1730746B1 (en) Creation of electron traps in metal nitride and metal oxide electrodes in polymer memory devices
JPH11261028A (ja) 薄膜キャパシタ
US20030057463A1 (en) Semiconductor memory device including a capacitor an upper electrode of which being resistant of exfoliation
JP2692646B2 (ja) ビスマス系層状強誘電体を用いたキャパシタとその製造方法
JP3604253B2 (ja) 半導体記憶装置
JP2002329845A (ja) 強誘電体メモリ素子の製造方法および強誘電体メモリ装置
KR100490174B1 (ko) Pzt박막의 강유전 특성이 향상된 반도체 소자와 그 제조방법
KR100967110B1 (ko) 하부층의 배향성을 따르는 강유전체막 형성 방법 및 그를이용한 강유전체 캐패시터 형성 방법
JP4167792B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JPH10152398A (ja) 強誘電体薄膜の形成方法
KR20010061110A (ko) 비휘발성 강유전체 메모리 소자의 제조 방법