CC BY
1ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И МАРШРУТЫ TECHNOLOGICAL PROCESSES AND ROUTES
Научная статья
УДК 621.382.323
doi:10.24151/1561-5405-2024-29-6-724-735
EDN: FYGKWS
Атомно-слоевое осаждение оксида тантала для сенсоров на основе полевого эффекта
В. П. Грудцов1, Е. М. Еганова2, О. В. Губанова1, А. В. Горячев2, К. В. Пучнин1, Д. В. Рязанцев1, А. Е. Кузнецов2, Н. В. Комарова1
1НПК «Технологический центр», г. Москва, Россия 2Институт нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук, г. Москва, Россия
Аннотация. Оксид тантала - перспективный материал, используемый в электронике, в частности, для производства биосенсоров на основе полевого эффекта. Такие биосенсоры имеют высокую чувствительность к изменению поверхностного потенциала и химическую стойкость в водных растворах. Кроме того, на основе оксида тантала возможно создание высокочувствительных pH-сенсоров. В работе исследован процесс получения пленки оксида тантала методом термического атомно-слоевого осаждения с использованием воды и прекурсора PDMAT для применения при производстве перспективных биосенсорных устройств на основе полевых структур. Подобраны оптимальные параметры процесса и изучена его воспроизводимость. Исследованы равномерность, однородность и элементный состав получаемой пленки. Изготовленные с использованием данного оксида тантала структуры на основе ионно-чувствительных полевых транзисторов показывают близкую к предельной pH-зависимость (56 мВ/pH) и стабильность в буферных растворах.
Ключевые слова: оксид тантала, атомно-слоевое осаждение, ISFET-транзистор
Финансирование работы: работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 21-79-10175, https://rscf.ru/project/21-79-10175/).
Для цитирования: Атомно-слоевое осаждение оксида тантала для сенсоров на основе полевого эффекта / В. П. Грудцов, Е. М. Еганова, О. В. Губанова и др. // Изв. вузов. Электроника. 2024. Т. 29. № 6. С. 724-735. https://doi.org/10.24151/ 1561-5405-2024-29-6-724-735. - EDN: FYGKWS.
© В. П. Грудцов, Е. М. Еганова, О. В. Губанова, А. В. Горячев, К. В. Пучнин, Д. В. Рязанцев, А. Е. Кузнецов, Н. В. Комарова, 2024
724
Известия вузов. Электроника / Proceedings of Universities. Electronics 2024 29(6)
Атомно-слоевое осаждение оксида тантала для сенсоров...
Original article
Atomic layer deposition of tantalum oxide for field effect sensors
V. P. Grudtsov1, E. M. Eganova2, O. V. Gubanova1, A. V. Goryachev2, K. V. Puchnin1, D. V. Ryazantsev1, A. E. Kuznetsov2, N. V. Komarova1
1SMC “Technological Centre”, Moscow, Russia
2Institute of Nanotechnologies of Microelectronics of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Abstract. Tantalum oxide is a promising material used in electronics, in particular for the production of biosensors based on the field effect. Such biosensors have high sensitivity to changes in surface potential and chemical stability in aqueous solutions. In addition, it is possible to create highly sensitive pH sensors based on tantalum oxide. In this work, the process of obtaining a tantalum oxide film by thermal atomic layer deposition using water and a PDMAT precursor, for use in manufacturing of promising field effect biosensor structures, is studied. Optimal process parameters have been selected and its reproducibility has been studied. The uniformity, homogeneity and elemental composition of the resulting film were studied. Structures based on ion-sensitive field-effect transistors (ISFETs) made using this tantalum oxide show pH dependence close to the limit (56 mV/pH) and stability in buffer solutions.
Keywords: tantalum oxide, atomic layer deposition, ISFET
Funding: the work has been supported by the Russian Science Foundation (project no. 21-79-10175, https://rscf.ru/en/project/21-79-10175/).
For citation: Grudtsov V. P., Eganova E. M., Gubanova O. V., Goryachev A. V., Puchnin K. V., Ryazantsev D. V., Kuznetsov A. E., Komarova N. V. Atomic layer deposition of tantalum oxide for field effect sensors. Proc. Univ. Electronics, 2024, vol. 29, no. 6, pp. 724-735. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2024-29-6-724-735. -EDN: FYGKWS.
Введение. Тонкие слои оксида тантала Ta2O5 применяются в качестве антиотражающего материала оптических систем [1], при производстве энергонезависимой памяти [2], а также как материал с высокой диэлектрической проницаемостью при изготовлении наноразмерных структур [3]. В частности, оксид тантала может быть использован в качестве материала чувствительной поверхности биосенсоров на основе полевого эффекта, в том числе ионно-чувствительного полевого транзистора (ISFET), ввиду высокой диэлектрической проницаемости, что улучшает чувствительность прибора к изменению поверхностного потенциала и повышает химическую стойкость в водных растворах [4]. Кроме того, на основе оксида тантала возможно создание pH-сенсоров с чувствительностью, близкой к максимально возможной [5]. Такие сенсоры на основе ISFET-транзистора с Ta2O5-nоверхностью показывают лучшую pH-чувствительность и стабильность по сравнению с сенсорами на основе Si3N4 или Al2O3, а также чувствительность, сравнимую с сенсорами на основе HfO2 и ZrO2 [4].
Известия вузов. Электроника / Proceedings of Universities. Electronics 2024 29(6)
725
В. П. Грудцов, Е. М. Еганова, О. В. Губанова и др.
Тонкая пленка Ta2O5 может быть создана такими методами, как химическое (Chemical Vapor Deposition, CVD) и физическое (Physical Vapor Deposition, PVD) осаждение из газовой фазы [6]. Однако для получения высококачественных наноразмерных пленок, как правило, используется метод атомно-слоевого осаждения (Atomic Layer Deposition, ALD). Слои, выращенные ALD-методом, характеризуются высокой равномерностью и степенью контроля толщины пленки и могут быть получены при относительно низкой температуре [7].
Свойства пленок, получаемых ALD-методом, зависят от параметров выбранного процесса и используемых реактивов. Для осаждения слоев на основе тантала используются различные прекурсоры, включая галогениды [8, 9], этоксид [8, 10] и алкиламиды [11, 12]. Прекурсоры из последней группы, например пента-кис(диметиламино)тантал (PDMAT), не содержат атомов хлора, что позволяет избежать коррозии металлизации на позднем этапе производства (Back End of Line, BEOL) и проводить осаждение при более низких температурах. Кроме того, при их использовании возможно проведение как плазменного процесса с участием кислородной плазмы, так и термического процесса с водой в качестве источника атомов кислорода [12].
В настоящей работе изучаются пленки Ta2O5, полученные на основе прекурсора PDMAT методом атомно-слоевого осаждения, для изготовления ISFET-биосенсоров с плавающим затвором. Исследуются пленки как на чистой кремниевой поверхности, так и выращенные на поверхности алюминиевых площадок согласно маршруту производства биосенсора на основе ISFET-транзистора. Рассматриваются также свойства полученных пленок в составе изготовленных биосенсоров.
Методы исследования. Атомно-слоевое осаждение осуществляли на установке Fiji G2, Veeco (НПК «Технологический центр», г. Москва). Пересыпку порошкообразного прекурсора в герметичные контейнеры, подсоединяемые к установке атомнослоевого осаждения, проводили в инертной атмосфере в азотном шкафу.
Для создания пленки Ta2O5 применяли термический процесс с использованием прекурсора PDMAT (ООО «ДАлХИМ», г. Нижний Новгород) и деионизованной воды в качестве реагентов. Процесс отрабатывали на кремниевых подложках p-типа с ориентацией <100> диаметром 100 мм. Полученные пленки исследовали методами эллипсометрии (Senduro, SENTECH Instruments GmbH), оже-спектроскопии (Jamp-9510F, Jeol), просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) (JEM-2100 plus, Jeol), атомносиловой микроскопии (ACM) (ICON Dimension, Bruker). Электрические параметры структур измеряли с применением полупроводникового анализатора (B1500A, Agilent) и зондовой станции (PM5, Cascade).
Диэлектрическую проницаемость определяли путем создания на образцах с нанесенной оксидной поверхностью конденсаторных структур и измерения высокочастотных C-V-характеристик аналогично методике, описанной в работе [13]. В качестве нижней обкладки конденсатора применяли кремниевую сильнолегированную подложку с низкой удельной проводимостью, в качестве верхней обкладки - капли жидкого галлия. При изучении диэлектрической проницаемости использовали пластины КЭМ ориентации <100> с проводимостью не более 0,005 Ом^см с нанесенной по стандартному рецепту пленкой оксида тантала. C-V-характеристики измеряли в режиме Cp-Rp на частоте 100 кГц. Площадь капель галлия определяли после измерений с помощью микроскопа Axio Imager 2 (Zeiss, Германия) (функция Contour). Диэлектрическую проницаемость s Ta2O5 рассчитывали исходя из наличия естественного оксида кремния SiO2 толщиной 3 нм с s = 3,9.
726
Известия вузов. Электроника / Proceedings of Universities. Electronics 2024 29(6)
Атомно-слоевое осаждение оксида тантала для сенсоров...
Для оценки возможности использования разработанного процесса с целью формирования ISFET-транзистора с плавающим затвором осаждали Ta2O5 на вскрытые алюминиевые контактные площадки.
Для построения pH-зависимости снимали проходные (ID-Ug) ВАХ при использовании в качестве затворного электролита растворов с различным значением pH, после чего регистрировали напряжение, соответствующее фиксированному току (ID = 1 мкА) в допороговой области. Напряжение между стоком и истоком UDS = 0,1 В, напряжение на подложке Ub = 0. Для pH = 2,2.3 использовали 0,1 М буфера глицин-HCl, для pH = 3,6.. .6,6 - 0,1 М цитрат-фосфатного буфера, для pH = 7,2.8 - 0,1 М HEPES, для pH = 8,5.10,5 - 0,1 М глицин-NaOH.
Результаты и их обсуждение. Осаждение пленки оксида тантала. Основными критериями при постановке ALD-процесса являются разброс толщины осаждаемого слоя от пластины к пластине, неравномерность слоя по пластине и скорость роста пленки. Данные параметры можно оценить путем набора статистики по толщине пленки для нескольких итераций процесса осаждения. Скорость роста пленки зависит от многих параметров, включая используемые реагенты, температуру, конструкцию установки атомно-слоевого осаждения и время подачи реагентов. Температура реактора ограничена 250 °C, так как при более высоких температурах возможно разложение прекурсора PDMAT [12]. Емкость с прекурсором подогревали до температуры 105 °C. В качестве газа-переносчика использовали аргон. Длительность пульса воды зафиксирована на 0,1 с. Для оптимизации скорости роста при данных параметрах осуществляли варьирование длительности пульса подачи PDMAT в реакционную камеру. Результаты эллипсометрии показали, что для пленок, выращенных на кремниевой подложке, скорость роста увеличивается при увеличении длины пульса до 0,5 с. По достижении данного значения, несмотря на увеличение расхода PDMAT, скорость роста входит в насыщение (рис. 1). В оптимизированных по длине пульса PDMAT-условиях средняя скорость роста слоя составила 0,59 A/цикл, что превышает скорости роста, полученные для прекурсоров на основе этоксида и хлорида [8], но уступает процессу термического атомно-слоевого осаждения с прекурсором PDMAT (0,8 A/цикл) [14].
Рис. 1. Зависимость скорости роста слоя Ta2O5 от длительности пульса PDMAT (длительность пульса воды 0,1 с, температура в реакторе 250 °C, камера продувалась в течение 5 с)
Fig. 1. Dependence of the growth rate of the Ta2O5 layer on the duration of the PDMAT pulse (the duration of the water pulse is 0.1 s, the temperature in the reactor is 250 °C, the chamber is purged for 5 s)
Рис. 2. АСМ-карта области размером 0,5 х 0,5 мкм для образца с поверхностью Ta2O5 на кремнии
Fig. 2. AFM map of a 0.5х0.5 pm region for a sample with a Ta2O5 surface on silicon
Известия вузов. Электроника / Proceedings of Universities. Electronics 2024 29(6)
727
В. П. Грудцов, Е. М. Еганова, О. В. Губанова и др.
Для процесса из 500 циклов средняя толщина пленки Ta2O5 составила 297,5 А с разбросом ±4,5 А между 100-мм пластинами и средней неравномерностью по пластине ±2 А, что свидетельствует о воспроизводимости процесса и равномерности осажденного слоя. Типичное АСМ-изображение пленки области размером 0,5 х 0,5 мкм приведено на рис. 2, соответствующий профиль показан на рис. 3.
Рис. 3. АСМ-профиль образца с поверхностью Ta2O5 на кремнии Fig. 3. AFM profile of a sample with a Ta2O5 surface on silicon
Согласно АСМ-исследованиям, сформированная пленка однородная (среднее квадратичное отклонение из абсолютных значений отклонения профиля Rq = 0,239 нм) и не содержит крупных зерен. Эти зерна являются источниками дефектов и могут играть роль зарядовых центров, что приводит к гистерезису и нестабильности порогового напряжения при использовании дефектных пленок в качестве чувствительной поверхности ISFET-транзистора. Результаты измерений диэлектрической проницаемости приведены в таблице.
Значения диэлектрической проницаемости пленки Ta2O5 в зависимости от площади конденсаторной структуры Measurements of the dielectric constant of Ta2O5 depending on capacitor structure surface
Структура Площадь S, мкм2 Диэлектрическая проницаемость а
1 12 892 12,3
2 116 174 10,2
3 102 523 10,5
4 8914 17,3
5 18 964 12,2
6 62 875 11,5
7 13 384 15,6
8 53 719 11,5
9 47 038 24,0
Итоговое среднее значение диэлектрической проницаемости сформированной пленки составило г = 13,9 ± 3,4. Согласно литературным данным, значение диэлектрической проницаемости Ta2O5 зависит от процесса создания пленки и может варьироваться в пределах 22-28 для аморфных слоев и быть значительно выше (вплоть до 60) для кристаллического Ta2O5 [15]. Таким образом, полученные значения диэлектрической проницаемости значительно меньше ожидаемых, однако методика измерений содержит несколько источников возможных ошибок. Во-первых, из-за слабой смачиваемости поверхности образца галлием капля металла образует угол более 90° с поверх
728
Известия вузов. Электроника / Proceedings of Universities. Electronics 2024 29(6)
Атомно-слоевое осаждение оксида тантала для сенсоров...
ностью образца и реальная площадь контакта оказывается менее видимой в микроскоп, что приводит к занижению рассчитываемого значения диэлектрической проницаемости. Во-вторых, из-за тонкого подслоя естественного SiO2 измеряемая емкость включает в себя две соизмеримые емкости C и C , что не позволяет точно определить емкость Ta2O5 по сравнению со случаем более тонкого слоя SiO2 или его отсутствия. Для получения более точного значения диэлектрической проницаемости эксперимент может быть повторен с увеличением толщины Ta2O5 и предварительным травлением слоя естественного SiO2 для его максимального уменьшения либо с использованием специально изготовленных конденсаторных структур с контролируемой площадью.
Элементный состав пленки Ta2O5, полученной на кремниевой подложке, изучен методами оже-спектроскопии. Для исследования на оже-спектрометре подготовлен образец с предварительной обработкой поверхности в HF для удаления естественного оксида. Результаты исследования, подтверждающие наличие пленки Ta2O5 на поверхности образцов, представлены на рис. 4. Пленка сильнее окислена в приповерхностном слое и равномерна в объеме. Наличие переходного слоя на границе раздела пленка -подложка обусловлено как взаимной диффузией атомов пленки и подложки, так и особенностями анализа и ионного распыления образцов (глубина выхода оже-электронов, перемешанный слой, шероховатость, неоднородность толщины пленки и др.).
Рис. 4. Зависимость атомной концентрации от глубины (расстояния от поверхности) на образце Ta2O5/Si. Толщина оксида Ta2O5 тантала 20 нм Fig. 4. Dependence of atomic concentration on depth (distance from surface) on a Ta2O5/Si sample. Ta2O5 thickness is 20 nm
Результаты исследования пленок показали, что термический процесс атомнослоевого осаждения на основе прекурсора PDMAT позволяет получить равномерные сплошные пленки Ta2O5 на подложках Si и SiO2 со средней скоростью роста 0,59 А/цикл.
Применение пленки Ta2O5 в качестве чувствительной поверхности ISFET-транзистора с плавающим затвором. Для исследования возможности использования пленки, полученной ALD-методом, в структуре ISFET-транзистора разработанный процесс интегрирован в технологический маршрут изготовления ISFET-транзистора
Известия вузов. Электроника / Proceedings of Universities. Electronics 2024 29(6)
729
В. П. Грудцов, Е. М. Еганова, О. В. Губанова и др.
Рис. 5. ПЭМ-изображение образца с пленкой Ta2O5 на алюминии, полученное в
просвечивающем электронном микроскопе
Fig. 5. TEM image of a sample with a Ta2O5 film on aluminum
сталлических пленок возможен разброс
с плавающим затвором. Для этого перед осаждением Ta2O5 на алюминиевые контактные площадки подготавливали поверхности путем зачистки (Ar, 160 °С, 5 мин) с последующим окислением (O2, 160 °С, 10 мин). ПЭМ-изображение (рис. 5) позволило установить, что в результате описанного цикла на поверхности алюминия сформирована пленка оксида алюминия Al2O3 толщиной ~ 7 нм, на которой располагается аморфная пленка оксида тантала. С точки зрения конструкции ISFET-транзистора аморфные пленки пред-
почтительнее для использования в качестве чувствительной поверхности биосенсора из-за большего числа поверхностных связей [16]. Кроме того, из-за анизотропии кри-технологических параметров итогового устрой
ства [17], что также делает оптимальным применение аморфного Ta2O5.
Исследование методом оже-спектроскопии (рис. 6) подтверждает состав пленки Ta2O5 на поверхности образца. Между пленкой и алюминием находится слой Al2O3.
Как и в случае осаждения на кремниевую поверхность, пленка сильнее окислена в приповерхностном слое и равномерна в объеме, также наблюдается диффузия атомов тантала в нижележащий слой Al2O3.
Рис. 6. Зависимость атомной концентрации от времени травления образца на площадке Ta2O5/Al2O3/Al (из-за углеродного скотча, использованного для фиксации образца, присутствуют атомы углерода)
Fig. 6. Dependence of atomic concentration on the etching time of the sample on the Ta2O5/Al2O3/Al area (carbon atoms are present due to the carbon adhesive tape used to fix the sample)
730
Известия вузов. Электроника / Proceedings of Universities. Electronics 2024 29(6)
Атомно-слоевое осаждение оксида тантала для сенсоров...
Для ISFET-транзистора с W/L = 500/4 мкм и площадью чувствительной поверхности 100 х 100 мкм исследовали pH-чувствительность путем регистрации напряжения, соответствующего фиксированному току в допороговой области (ID = 1 мкА), при различных pH (рис. 7). Зависимость является линейной в диапазоне pH = 2,2.. .10,2 с наклоном 56 мВ/pH, что близко к теоретическому максимуму [5] и хорошо согласуется с литературными данными [18]. Для таких ISFET-транзисторов также характерно малое значение гистерезиса (менее 5 мВ) и дрейфа тока (~ 5-10-1 А/мин) при постоянном напряжении на затворе и использовании хлорсеребряного электрода сравнения, что позволяет говорить о стабильности ISFET-транзистора с чувствительной поверхностью на основе оксида тантала.
Рис. 7. Зависимость pH-чувствительности от напряжения для ISFET-транзистора (W/L = 500/4) с вынесенным плавающим затвором и Ta2O5 в качестве чувствительной поверхности
Fig. 7. pH sensitivity dependence on voltage for ISFET (W/L = 500/4) with a remote floating gate and Ta2O5 as a sensitive surface (surface area 100x100 pm)
Заключение. Разработанный процесс изготовления пленки Ta2O5 ALD-методом позволяет получать равномерную и воспроизводимую пленку, не содержащую дефектов, приводящих к негативным эффектам при изготовлении биосенсорных структур. Изготовленные с использованием Ta2O5 структуры на основе ISFET-транзисторов показывают близкую к предельной pH-зависимость и стабильность в буферных растворах.
Таким образом, ALD-метод получения пленки Ta2O5 может быть использован в технологии производства ISFET-транзисторов с плавающим затвором.
Литература
1. Pfeiffer K., Schulz U., Tunnermann A., Szeghalmi A. Antireflection coatings for strongly curved glass lenses by atomic layer deposition // Coatings. 2017. Vol. 7. Iss. 8. Art. No. 118. https://doi.org/10.3390/ coatings7080118
Известия вузов. Электроника / Proceedings of Universities. Electronics 2024 29(6)
731
В. П. Грудцов, Е. М. Еганова, О. В. Губанова и др.
2. Ryu J.-H., Kim S. Improved intrinsic nonlinear characteristics of Ta2O5/Al2O3-based resistive randomaccess memory for high-density memory applications // Materials. 2020. Vol. 13. Iss. 18. Art. No. 4201. https://doi.org/10.3390/ma13184201
3. Miniaturized pH-sensitive field-effect capacitors with ultrathin Ta2O5 films prepared by atomic layer deposition / D. Molinnus, H. Iken, A. L. Johnen et al. // Phys. Status Solidi A. 2022. Vol. 219. Iss. 8. Art. ID: 2100660. https://doi.org/10.1002/pssa.202100660
4. Dinar A. M., Mohd Zain A. S., Salehuddin F. Comprehensive identification of sensitive and stable ISFET sensing layer high-k gate based on ISFET/electrolyte models // Int. J. Electr. Comput. Eng. (IJECE). 2019. Vol. 9. No. 2. P. 926-933. http://doi.org/10.11591/ijece.v9i2.pp926-933
5. Matsuo T., Esashi M. Methods of ISFET fabrication // Sensors and Actuators. 1981. Vol. 1. P. 77-96. https://doi.org/10.1016/0250-6874(81)80006-6
6. Gurylev V. A review on the development and advancement of Ta2O5 as a promising photocatalyst // Mater. Today Sustainability. 2022. Vol. 18. Art. No. 100131. https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2022.100131
7. Oke J. A., Jen T.-C. Atomic layer deposition and other thin film deposition techniques: From principles to film properties // J. Mater. Res. Technol. 2022. Vol. 21. P. 2481-2514. https://doi.org/10.1016/ j.jmrt.2022.10.064
8. Kukli K., Ritala M., Leskela M. Atomic layer deposition and chemical vapor deposition of tantalum oxide by successive and simultaneous pulsing of tantalum ethoxide and tantalum chloride // Chem. Mater. 2000. Vol. 12. Iss. 7. P. 1914-1920. https://doi.org/10.1021/cm001017j
9. Sundqvist J., Hogberg H., Harsta A. Atomic layer deposition of Ta2O5 using the TaI5 and O2 precursor combination // Chem. Vap. Deposition. 2003. Vol. 9. Iss. 5. P. 245-248. https://doi.org/10.1002/cvde.200306243
10. Yota J. Characterization of ALD Ta2O5, Al2O3, and Ta2O5/Al2O3 nanolaminate as metal-insulator-metal capacitor dielectric for GaAs HBT technology // ECS Trans. 2022. Vol. 109. No. 5. P. 27-38. https://doi.org/10.1149/10905.0027ecst
11. Outstanding memory characteristics with atomic layer deposited Ta2O5/Al2O3/TiO2/Al2O3/Ta2O5 nanocomposite structures as the charge trapping layer / P. Han, T.-C. Lai, M. Wang et al. // Appl. Surf. Sci. 2019. Vol. 467-468. P. 423-427. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.10.197
12. Maeng W. J., Park S.-J., Kim H. Atomic layer deposition of Ta-based thin films: Reactions of alkylamide precursor with various reactants // J. Vac. Sci. Technol. B. 2006. Vol. 24. Iss. 5. P. 2276-2281. https://doi.org/10.1116/1.2345205
13. Properties of amorphous and crystalline Ta2O5 thin films deposited on Si from a Ta(OC2H5)5 precursor / C. Chaneliere, S. Four, J. L. Autran et al. // J. Appl. Phys. 1998. Vol. 83. Iss. 9. P. 4823-4829. https://doi.org/10.1063/1.367277
14. Maeng W. J., Kim H. Thermal and plasma-enhanced ALD of Ta and Ti oxide thin films from alkylamide precursors // Electrochem. Solid-State Lett. 2006. Vol. 9. No. 6. P. G191-G194. https://doi.org/ 10.1149/1.2186427
15. Chaneliere C., Autran J. L., Devine R. A. B., Balland B. Tantalum pentoxide (Ta2O5) thin films for advanced dielectric applications // Mater. Sci. Eng., R. 1998. Vol. 22. Iss. 6. P. 269-322. https://doi.org/ 10.1016/S0927-796X(97)00023-5
16. Surface profile gradient in amorphous Ta2O5 semi conductive layers regulates nanoscale electric current stability / A. C. Cefalas, Z. Kollia, N. Spyropoulos-Antonakakis et al. // Appl. Surf. Sci. 2017. Vol. 396. P. 1000-1019. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.11.076
17. Nakagawa Y., Okada T. Material constants of new piezoelectric Ta2O5 thin films // J. Appl. Phys. 1990. Vol. 68. Iss. 2. P. 556-559. https://doi.org/10.1063/1.346828
18. Van Hal R. E. G., Eijkel J. C. T., Bergveld P. A general model to describe the electrostatic potential at electrolyte oxide interfaces // Adv. Colloid Interface Sci. 1996. Vol. 69. Iss. 1-3. P. 31-62. https://doi.org/ 10.1016/S0001-8686(96)00307-7
Статья поступила в редакцию 22.03.2024 г.; одобрена после рецензирования 09.04.2024 г.; принята к публикации 10.10.2024 г.
Информация об авторах
Грудцов Виталий Павлович - инженер научно-исследовательской лаборатории интегральных биохимических наносенсоров НПК «Технологический центр» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7), [email protected]
732
Известия вузов. Электроника / Proceedings of Universities. Electronics 2024 29(6)
Атомно-слоевое осаждение оксида тантала для сенсоров...
Еганова Елена Михайловна - кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела микро- и наноэлектроники и биосенсорики Института нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук (Россия, 115487, г. Москва, ул. Нагатинская, 16а, стр. 11), [email protected]
Губанова Оксана Вадимовна - научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории интегральных биохимических наносенсоров НПК «Технологический центр» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7), [email protected]
Горячев Андрей Викторович - младший научный сотрудник отдела микро-и наноэлектроники и биосенсорики Института нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук (Россия, 115487, г. Москва, ул. Нагатинская, 16а, стр. 11), [email protected]
Пучнин Кирилл Владимирович - кандидат химических наук, научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории интегральных биохимических наносенсоров НПК «Технологический центр» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7), [email protected]
Рязанцев Дмитрий Владимирович - младший научный сотрудник научноисследовательской лаборатории интегральных биохимических наносенсоров НПК «Технологический центр» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7), [email protected]
Кузнецов Александр Евгеньевич - доктор технических наук, начальник отдела микро- и наноэлектроники и биосенсорики Института нанотехнологий микроэлектроники Российской академии наук (Россия, 115487, г. Москва, ул. Нагатинская, 16а, стр. 11), [email protected]
Комарова Наталья Владимировна - кандидат химических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории интегральных биохимических наносенсоров НПК «Технологический центр» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1, стр. 7), [email protected]
References
1. Pfeiffer K., Schulz U., Tunnermann A., Szeghalmi A. Antireflection coatings for strongly curved glass lenses by atomic layer deposition. Coatings, 2017, vol. 7, iss. 8, art. no. 118. https://doi.org/10.3390/ coatings7080118
2. Ryu J.-H., Kim S. Improved intrinsic nonlinear characteristics of Ta2O5/Al2O3-based resistive randomaccess memory for high-density memory applications. Materials, 2020, vol. 13, iss. 18, art. no. 4201. https://doi.org/10.3390/ma13184201
3. Molinnus D., Iken H., Johnen A. L., Richstein B., Hellmich L., Poghossian A., Knoch J., Schoning M. J. Miniaturized pH-sensitive field-effect capacitors with ultrathin Ta2O5 films prepared by atomic layer deposition. Phys. Status Solidi A, 2022, vol. 219, iss. 8, art. ID: 2100660. https://doi.org/10.1002/pssa.202100660
4. Dinar A. M., Mohd Zain A. S., Salehuddin F. Comprehensive identification of sensitive and stable ISFET sensing layer high-k gate based on ISFET/electrolyte models. Int. J. Electr. Comput. Eng. (IJECE), 2019, vol. 9, no. 2, pp. 926-933. http://doi.org/10.11591/ijece.v9i2.pp926-933
5. Matsuo T., Esashi M. Methods of ISFET fabrication. Sensors and Actuators, 1981, vol. 1, pp. 77-96. https://doi.org/10.1016/0250-6874(81)80006-6
6. Gurylev V. A review on the development and advancement of Ta2O5 as a promising photocatalyst. Mater. Today Sustainability, 2022, vol. 18, art. no. 100131. https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2022.100131
7. Oke J. A., Jen T.-C. Atomic layer deposition and other thin film deposition techniques: From principles to film properties. J. Mater. Res. Technol., 2022, vol. 21, pp. 2481-2514. https://doi.org/10.1016/ j.jmrt.2022.10.064
Известия вузов. Электроника / Proceedings of Universities. Electronics 2024 29(6)
733
В. П. Грудцов, Е. М. Еганова, О. В. Губанова и др.
8. Kukli K., Ritala M., Leskela M. Atomic layer deposition and chemical vapor deposition of tantalum oxide by successive and simultaneous pulsing of tantalum ethoxide and tantalum chloride. Chem. Mater., 2000, vol. 12, iss. 7, pp. 1914-1920. https://doi.org/10.1021/cm001017j
9. Sundqvist J., Hogberg H., Harsta A. Atomic layer deposition of Ta2O5 using the TaI5 and O2 precursor combination. Chem. Vap. Deposition, 2003, vol. 9, iss. 5, pp. 245-248. https://doi.org/10.1002/cvde.200306243
10. Yota J. Characterization of ALD Ta2O5, Al2O3, and Ta2O5/Al2O3 nanolaminate as metal-insulator-metal capacitor dielectric for GaAs HBT technology. ECS Trans., 2022, vol. 109, no. 5, pp. 27-38. https://doi.org/10.1149/10905.0027ecst
11. Han P., Lai T.-C., Wang M., Zhao X.-R., Cao Y.-Q., Wu D., Li A.-D. Outstanding memory characteristics with atomic layer deposited Ta2O5/Al2O3/TiO2/Al2O3/Ta2O5 nanocomposite structures as the charge trapping layer. Appl. Surf. Sci., 2019, vol. 467-468, pp. 423-427. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.10.197
12. Maeng W. J., Park S.-J., Kim H. Atomic layer deposition of Ta-based thin films: Reactions of alkylamide precursor with various reactants. J. Vac. Sci. Technol. B, 2006, vol. 24, iss. 5, pp. 2276-2281. https://doi.org/10.1116/1.2345205
13. Chaneliere C., Four S., Autran J. L., Devine R. A. B., Sandler N. P. Properties of amorphous and crystalline Ta2O5 thin films deposited on Si from a Ta(OC2H5)5 precursor. J. Appl. Phys., 1998, vol. 83, iss. 9, pp. 4823-4829. https://doi.org/10.1063/1.367277
14. Maeng W. J., Kim H. Thermal and plasma-enhanced ALD of Ta and Ti oxide thin films from alkylamide precursors. Electrochem. Solid-State Lett., 2006, vol. 9, no. 6, pp. G191-G194. https://doi.org/10.1149/ 1.2186427
15. Chaneliere C., Autran J. L., Devine R. A. B., Balland B. Tantalum pentoxide (Ta2O5) thin films for advanced dielectric applications. Mater. Sci. Eng., R, 1998, vol. 22, iss. 6, pp. 269-322. https://doi.org/10.1016/ S0927-796X(97)00023-5
16. Cefalas A. C., Kollia Z., Spyropoulos-Antonakakis N., Gavriil V., Christofilos D., Kourouklis G., Semashko V. V. et al. Surface profile gradient in amorphous Ta2O5 semi conductive layers regulates nanoscale electric current stability. Appl. Surf. Sci., 2017, vol. 396, pp. 1000-1019. https://doi.org/10.1016/ j.apsusc.2016.11.076
17. Nakagawa Y., Okada T. Material constants of new piezoelectric Ta2O5 thin films. J. Appl. Phys., 1990, vol. 68, iss. 2, pp. 556-559. https://doi.org/10.1063/1.346828
18. Van Hal R. E. G., Eijkel J. C. T., Bergveld P. A general model to describe the electrostatic potential at electrolyte oxide interfaces. Adv. Colloid Interface Sci., 1996, vol. 69, iss. 1-3, pp. 31-62. https://doi.org/ 10.1016/S0001-8686(96)00307-7
The article was submitted 22.03.2024; approved after reviewing 09.04.2024; accepted for publication 10.10.2024.
Information about the authors
Vitaly P. Grudtsov - Engineer of the Scientific Research Laboratory of Integrated Biochemical Nanosensors, SMC “Technological Centre” (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1, bld. 7), [email protected]
Elena M. Eganova - Cand. Sci. (Eng.), Senior Scientific Researcher of the Micro- and Nanoelectronics and Biosensory Department, Institute of Nanotechnology of Microelectronics of the Russian Academy of Sciences (Russia, 115487, Moscow, Nagatinskaya st., 16a, bld. 11), [email protected]
Oksana V. Gubanova - Scientific Researcher of the Scientific Research Laboratory of Integrated Biochemical Nanosensors, SMC “Technological Centre” (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1, bld. 7), [email protected]
Andrey V. Goryachev - Junior Scientific Researcher of the Micro- and Nanoelectronics and Biosensory Department, Institute of Nanotechnology of Microelectronics of the Russian Academy of Sciences (Russia, 115487, Moscow, Nagatinskaya st., 16a, bld. 11), [email protected]
734
Известия вузов. Электроника / Proceedings of Universities. Electronics 2024 29(6)
Атомно-слоевое осаждение оксида тантала для сенсоров...
Kirill V. Puchnin - Cand. Sci. (Chem.), Scientific Researcher of the Scientific Research Laboratory of Integrated Biochemical Nanosensors, SMC “Technological Centre” (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1, bld. 7), [email protected]
Dmitry V. Ryazantsev - Junior Scientific Researcher of the Scientific Research Laboratory of Integrated Biochemical Nanosensors, SMC “Technological Centre” (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1, bld. 7), [email protected]
Alexander E. Kuznetsov - Dr. Sci. (Eng.), Head of the Micro- and Nanoelectronics and Biosensory Department, Institute of Nanotechnology of Microelectronics of the Russian Academy of Sciences (Russia, 115487, Moscow, Nagatinskaya st., 16a, bld. 11), [email protected]
Natalya V. Komarova - Cand. Sci. (Chem.), Senior Scientific Researcher of the Scientific Research Laboratory of Integrated Biochemical Nanosensors, SMC “Technological Centre” (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1, bld. 7), [email protected]
Вниманию читателей журнала
«Известия высших учебных заведений. Электроника»
Подписку на электронную версию журнала можно оформить на сайтах:
• Научной электронной библиотеки: https://www.elibrary.ru
• ООО «Агентство «Книга-Сервис»: https://www.rucont.ru;
https://www.akc.ru; https://www.pressa-rf.ru
• ООО «Урал-Пресс Округ»: https://www.delpress.ru
• ООО«ИВИС»: https://www.ivis.ru
Известия вузов. Электроника / Proceedings of Universities. Electronics 2024 29(6)
735
