Ultrathin Vapor–Liquid–Solid Grown Titanium Dioxide-II Film on Bulk GaAs Substrates for Advanced Metal–Oxide–Semiconductor Device Applications

材料科学 氧化物 分析化学(期刊) 电介质 薄膜 纳米技术 光电子学 化学 有机化学 冶金
作者
Anindita Das,Basudev Nag Chowdhury,Rajib Saha,Subhrajit Sikdar,S. Bhunia,Sanatan Chattopadhyay
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:65 (4): 1466-1472 被引量:22
标识
DOI:10.1109/ted.2018.2802490
摘要

In this paper, a high-quality crystalline thin film (~10 nm) of titanium dioxide (TiO 2 -II) phase is grown on p-GaAs (100) substrate by employing the vapor-liquid- solid method. The formation of crystalline TiO 2 -II films is confirmed by X-ray diffraction study. A very small rms surface roughness of ~1 nm has been measured from atomic force microscopy. The capacitance-voltage characteristics of Al/TiO 2 -II/GaAs metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitor indicate the growth of excellent thin film of TiO 2 -II phase with high effective dielectric constant of 28, 35, 65, and 14 for the as-grown and 600 °C, 625 °C, and 650 °C annealed samples, respectively. An effective oxide thickness of ~0.7 nm, a negligible hysteresis of 10 mV, very small frequency dispersion of 3.5%, and a reduced gate leakage current of ~10 -13 A/μm 2 at +2 V are achieved due to annealing in the temperature range of 600 °C-625 °C. Thus, this paper provides a cost-effective novel alternative technique to grow high-quality TiO 2 -II films on GaAs substrate which may be used as the reliable high-k gate dielectrics on III-V semiconductor-based MOS devices and circuits.

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