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Grzegorz Lupina

• Aggressive scaling of the complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) transistors resulted in the silicon dioxide (SiO2) gate dielectrics being as thin as 1.2 nm in the state-of-the-art high performance transistors. In consequence, the leakage current due to direct tunneling of electrons through the gate oxide increased significantly resulting in an unacceptably high level of power dissipation. For this reason, it is very desirable to replace the SiO2 gate dielectric with an insulator of a higher dielectric constant (high-k). The higher dielectric constant allows for the use of physically thicker dielectric layers with high capacitance densities but strongly reduced tunneling currents. This work focuses on the preparation and characterization of Praseodymium silicate high-k dielectric layers on Si(001) and evaluates the potential of this material to replace SiO2 as a gate dielectric in the state-of-the-art and future CMOS technology generations.
• Im Zuge der zunehmenden Miniaturisierung von CMOS Transistoren wurde die Dicke der SiO2-Gate-Isolatoren in heutigen hochintegrierten Schaltungen bis zu 1.2 nm reduziert. In diesen Dimensionen steigt der Tunnelstrom von Elektronen über die dielektrische Barriere sehr stark an und führt zu einem unakzeptablen Energieverbrauch. Deshalb wird der Ersatz von SiO2 durch andere Materialien mit höheren Dielektrizitätskonstanten (hoch-k) angestrebt. Die höhere Dielektrizitätskonstante lässt eine größere physikalische Schichtdicke von Gate-Isolatoren zu, die den Tunnelstrom reduziert und dadurch eine weitere Miniaturisierung ermöglichst. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Präparation und Charakterisierung von dielektrischen Praseodym Silikat-Schichten auf Si(100), und evaluiert das Potenzial dieses Materiales als Ersatz für SiO2 Gate-Dielektrika sowohl in heutigen als auch in zukünftigen Transistor Generationen.