First-principles study on leakage current caused by oxygen vacancies at HfO2/SiO2/Si interface

氧气 电介质 高-κ电介质 材料科学 泄漏(经济) 电子 活化能 凝聚态物理 光电子学 化学 物理化学 量子力学 物理 宏观经济学 经济 有机化学
作者
Kensuke Takagi,Tomoya Ono
出处
期刊:Japanese Journal of Applied Physics [Institute of Physics]
卷期号:57 (6): 066501-066501 被引量:22
标识
DOI:10.7567/jjap.57.066501
摘要

The relationship between the position of oxygen vacancies in HfO2/SiO2/Si gate stacks and the leakage current is studied by first-principles electronic-structure and electron-conduction calculations. We find that the increase in the leakage current due to the creation of oxygen vacancies in the HfO2 layer is much larger than that in the SiO2 interlayer. According to previous first-principles total energy calculations, the formation energy of oxygen vacancies is smaller in the SiO2 interlayer than that in the HfO2 layer under the same conditions. Therefore, oxygen vacancies will be attracted from the SiO2 interlayer to minimize the energy, thermodynamically justifying the scavenging technique. Thus, the scavenging process efficiently improves the dielectric constant of HfO2-based gate stacks without increasing the number of oxygen vacancies, which cause the dielectric breakdown.

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