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Caracterización de Spin-on-Glass como dieléctrico de compuerta en dispositivos MOS y como material vehículo para el depósito de HfO2

ANA LUZ MUÑOZ ROSAS (2010)

En los últimos 15 años la reducción del espesor del dióxido de silicio (SiO2) como dieléctrico de compuerta en transistores de efecto de campo, ha permitido un escalamiento y mejoramiento en la funcionalidad de los dispositivos [1]. Sin embargo, el límite de escalamiento del espesor del SiO2 es alrededor de 7Å, correspondiente a alrededor de solo dos capas atómicas debajo del cual la banda prohibida del aislante no se forma. Espesores tan delgados permiten que los portadores de carga puedan fluir a través del dieléctrico de compuerta por tuneleo directo, provocando gran corriente de fuga en la compuerta. Una alternativa a tal problemática es el empleo de dieléctricos de alta constante dieléctrica (alta-k) que permitan mantener la misma capacitancia utilizando espesores mayores que el SiO2. Por tanto, se espera que espesores mayores puedan disminuir la corriente de fuga de compuerta.

En este trabajo, se realiza la caracterización de spin-on-glass para el depósito de películas delgadas como dieléctrico de compuerta en dispositivos metal-óxido-semiconductor (MOS), utilizando el método de depósito sol-gel. Con el objetivo de disminuir el espesor de las películas sin perder sus propiedades dieléctricas se diluye el material de spin-on-glass en diferentes solventes. Las películas se analizan física, química y eléctricamente a través de elipsometría, espectroscopía en el infrarrojo y curvas C-V e I-V respectivamente.

Una vez conocidas las propiedades de las películas de spin-on-glass, se explora la viabilidad de emplear este material para el depósito de películas de HfO2 en una solución coloidal, utilizando la técnica sol-gel de depósito. Para realizar lo anterior se experimenta la solubilidad de HfO2 en diferentes solventes. Por último, los resultados se analizan química y eléctricamente.

Master thesis

Dielectric thin films High-k dielectric thin films Spin-coorting CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Nanopartículas de HfO2 embebidas en una matriz de óxido spin-on-glass como capa de atrapamiento de carga para dispositivos de memoria

RAFAEL ORTEGA HERNANDEZ (2012)

The technological progress and the scaling down of electronic devices have

carried out to new research in nonvolatile memory industry. The typical

silicon-oxide-nitride-oxide-silicon (SONOS) charge trapping-based nonvolatile

memories have been widely studied in past years. The main problem of

SONOS devices is the high leakage current due to scaling down of ONO

layers. There are a wide variety of films with higher dielectric constant values

(κ) other than SiO2 which seems to solve the leakage current problem. At this

time, interest is centered on films such as HfO2 with κ value of 25 which

appears to be a promising candidate to replace Si3N4 films as the charge

trapping layer of SONOS-type memory devices. These high-κ materials lead

to a new type of memory structure Metal/Oxide/High-κ oxide/Oxide/Silicon

(MOHOS) memory.

In this thesis we present the use of HfO2 nanoparticles (np-HfO2) embedded

in a spin-on glass oxide matrix as an active charge trapping layer for

MOHOS-type memory structures. The deposition of charge-trapping layer is

performed by the sol-gel technique and it is characterized at different np-HfO2

concentrations. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) in

absorbance mode is used to observe the presence of chemical bonding

presented in the high-κ layer. Also, different annealing temperatures are

experimented for final curing of this film. The top oxide of the structure is also

deposited by the sol-gel method. For this layer, the same spin-on glass that

was used for embedding np-HfO2 is used. For these reasons, the MOHOStype

structure is obtained by a very simple and low-cost deposition method.

Finally, figures of merit like programming (writing/erasing) times and retention

time are presented and correlated to obtain the general performance of the

MOHOS-type memory devices.

El progreso tecnológico y el escalamiento de los dispositivos electrónicos han

llevado a la investigación en nuevas áreas en la industria de dispositivos de

memorias no volátiles. La memoria no volátil de atrapamiento de carga silicio-xido-nitruro-óxido-silicio (SONOS) ha sido ampliamente investigada en años

anteriores. Sin embargo, el principal problema de los dispositivos de memoria

SONOS son las corrientes de fuga debido a la reducción en el espesor de la

estructura ONO. Existe una amplia variedad de materiales con una constante

dieléctrica (κ) mayor que la del dióxido de silicio (SiO2) que pueden resolver

el problema de corrientes de fuga. Por el momento, nuestro interés se centra

en el óxido de hafnio (HfO2), con un valor de constante dieléctrica κ≈25, el

cual parece ser un posible material para reemplazar la capa de nitruro de

silicio (Si3N4) como la capa de atrapamiento de carga en dispositivos de

memoria SONOS. Estos materiales de alta constante dieléctrica dan lugar a

un nuevo tipo de dispositivos de memoria Metal/Oxido/Oxido de alta

κ/Oxido/Silicio (MOHOS).

En esta tesis, se presenta el uso de nanopartículas de HfO2 (np-HfO2)

embebidas en óxido spin-on glass como carga de atrapamiento de carga en

estructuras de memoria tipo MOHOS. El depósito de la capa de atrapamiento

de carga se realiza mediante la técnica sol-gel y se experimenta con

diferentes concentraciones de np-HfO2. El estudio de composición química

de esta capa se lleva a cabo a través de Espectroscopia de Transformada de

Fourier en Infrarrojo (FTIR). También, se experimenta con diferentes

temperaturas de curado de la capa de alta constante dieléctrica. El óxido de

bloqueo se deposita por el método de sol-gel. De esta forma, la obtención de

la estructura tipo MOHOS se lleva a cabo de una manera sencilla y a bajo

costo. Finalmente, las figuras de mérito como el tiempo de programación

(escritura/borrado) y el tiempo de retención se presentan para obtener el

rendimiento de estos dispositivos de memoria.

Master thesis

Nanoparticles High-k dielectric thin films Semiconductor storage CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA

Synthesis, microstructural characterization and optical properties of undoped, V and Sc doped ZnO thin films

PATRICIA AMEZAGA MADRID WILBER ANTUNEZ FLORES JOSE ERNESTO LEDEZMA SILLAS J GUADALUPE MURILLO RAMIREZ OSCAR OMAR SOLIS CANTO OSCAR EDGARDO VEGA BECERRA MARIO MIKI YOSHIDA (2011)

Many semiconductor oxides (ZnO, TiO2, SnO2) when doped with a low percentage of non-magnetic (V, Sc) or magnetic 3d (Co, Mn, Ni, Fe) cation behave ferromagnetically. They have attracted a great deal of interest due to the integration of semiconducting and magnetic properties in a material. ZnO is one of the most promising materials to carry out these tasks in view of the fact that it is optically transparent and has n or p type conductivity. Here, we report the synthesis, microstructural characterization and optical properties of undoped, V and Sc doped zinc oxide thin films. ZnO based thin films with additions of V and Sc were deposited by the Aerosol Assisted Chemical Vapour Deposition method. V and Sc were incorporated separately in the precursor solution. The films were uniform, transparent and non-light scattering. The microstructure of the films was characterized by Grazing Incidence X-ray Diffraction, Scanning Electron Microscopy, and Scanning Probe Microscopy. Average grain size and surface rms roughness were estimated by the measurement of Atomic Force Microscopy. The microstructure of doped ZnO thin films depended on the type and amount of dopant material incorporated. The optical properties were determined from specular reflectance and transmittance spectra. Results were analyzed to determine the optical constant and band gap of the films. An increase in the optical band gap with the content of Sc dopant was obtained.

Article

Thin films Scanning and Transmission Electron X-ray Diffraction CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS

Microstructural characterization, optical and photocatalytic properties of bilayered CuO and ZnO based thin films

ANGELICA SAENZ TREVIZO PATRICIA AMEZAGA MADRID PEDRO PIZA RUIZ OSCAR OMAR SOLIS CANTO CARLOS ELIAS ORNELAS GUTIERREZ MARIO MIKI YOSHIDA (2014)

In this work, it is presented the synthesis, microstructural characterization and

photocatalytic properties of bilayered CuO–ZnO/ZnO thin films onto borosilicate glass

and fused silica substrates. The films were deposited by aerosol assisted chemical

vapor deposition, using an experimental setup reported elsewhere. Deposition

conditions were optimized to get high quality films; i.e. they were structurally uniform,

highly transparent, non-light scattering, homogeneous, and well adhered to the

substrate. Different Cu/Zn atomic ratios were tried for the upper layer. The

microstructure of the films was characterized by grazing incidence X-ray diffraction

(GIXRD), scanning electron microscopy (SEM), high resolution transmission electron

microscopy (HRTEM) and X-ray photoelectron spectroscopy. GIXRD results indicate

the presence of ZnO Wurzite and Cu oxide phases. Results of SEM and HRTEM

analysis of the cross sectional microstructure showed that the films were composed of

compact and dense layers with no visible evidence of an interfacial boundary or

porosity. Optical absorbance of the bilayered films showed a clear shift of the absorption

toward the visible range. Optical band gap was determined roughly at 3.2 and 2 eV for

ZnO and Cu oxide, respectively. Photocatalytic activity of the samples, for the

degradation of a 10-5 mol dm-3 solution of methylene blue (MB), was determined after

120 and 240 min of irradiation with an UV-A source. Around 90% of MB degradation was reached by bilayered films with roughly 50 at.% of Cu in the upper Zn–Cu oxide layer deposited onto a ZnO buffer film.

Conference proceedings

Thin films Microstructure SEM CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS

Deposition and Photocatalytic Activity of Ag:V2O5 Thin Films

FERNANDO GONZALEZ ZAVALA LUIS ESCOBAR ALARCON Dora Alicia Solís Casados Daniela Arroyo Rebollar RODOLFO BASURTO ALVAREZ EMMANUEL HARO PONIATOWSKI (2017)

In this work, the deposition and photocatalytic response of V2O5 thin films modified with different amounts of Ag (Ag:V2O5) is reported. Films were deposited on glass and silicon substrates (100), using the pulsed laser deposition (PLD) technique. A high purity vanadium target, with a different number of silver pellets attached on it were used. Thin films were characterized by energy dispersive spectroscopy (EDS) to determine the elemental chemical composition; structural changes due to the addition of Ag were monitored by Raman spectroscopy; Optical microscopy was used to observe the surface morphology and UV-Vis spectroscopy was employed to determine optical properties. Photocatalytic response of the prepared films was studied through the degradation of a malachite green solution using a solar irradiation source.

Authors thank to the CONACyT project CB-168827.

Article

photocatalysis Ag:V2O5 Thin films BIOLOGÍA Y QUÍMICA

Depósito, caracterización y estudio de películas delgadas de silicio, germanio y siliciogermanio microcristalinos

ARTURO TORRES SANCHEZ (2015)

En la actualidad existe un gran interés en el desarrollo de materiales semiconductores

nano y microcristalinos depositados a bajas temperaturas, para la fabricación de celdas

solares de película delgada, así como en el desarrollo de electrónica en sustratos flexibles.

En décadas pasadas, películas delgadas de silicio amorfo hidrogenado (a-Si:H) fueron

ampliamente utilizadas en celdas solares y transistores de película delgada (TFTs), sin

embargo dichas películas presentan degradación a la exposición prolongada de luz, además

de muy baja movilidad de portadores, lo que se traduce en dispositivos electrónicos de bajo

desempeño. Una alternativa ha sido el desarrollo de películas de silicio microcristalino

hidrogenado (μc-Si:H), las cuales presentan una mayor estabilidad a la radiación solar, así

como también mayor movilidad de portadores, resultando en celdas solares más estables y

TFTs de mejor desempeño.

Master thesis

Thin films Microcrystalline Silicon Silcon-germanium Germanium CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ELECTRÓNICA MICROELECTRÓNICA. TECNOLOGÍA DEL SILICIO

XANES and EXAFS study of the TiN Thin films grown by the pulsed DC sputtering technique assisted by balanced magnetron

JOSE ALBERTO DUARTE MOLLER (2007)

A series of different TixNy thin films were grown by the DC-sputtering technique. The purpose for this work was to study through XAS interpretation, how the different amounts of N2 during growing thin TiN thin films, affects the stoichiometry of the TiN deposited. Also the results obtained determinate how to interpret the spectra to see the different valences of Ti in TiN, are working. The results were supported with the EXAFS and XANES analysis. This work concludes the adequated conditions for this experiment to obtain TiN as thin film by the DC sputtering assited by pulsed balanced magnetron at room temperature and aconcludes which XANES spectra are the finger print for valences of Ti

Article

TiN Thin films CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS

Películas delgadas de V2O5 modificado con Ag depositadas utilizando configuraciones alternativas basadas en plasmas de ablación láser para su aplicación en sistemas fotocatalíticos

FERNANDO GONZALEZ ZAVALA (2017)

En este trabajo de investigación doctoral, se proponen tres configuraciones no convencionales de la técnica de ablación láser para preparar películas delgadas basadas en oxido de vanadio modificadas con diferentes cantidades de plata de manera controlada. A pesar de que la técnica de ablación láser ha sido ampliamente utilizada para preparar películas delgadas de una amplia gama de materiales, es una técnica poco adecuada para preparar películas delgadas formadas por materiales de diferente naturaleza, como es el caso de los denominados compositos. Con el propósito de contribuir a resolver este problema, se ha propuesto utilizar tres configuraciones alternativas basadas en ablación láser; en dos de las configuraciones propuestas se hacen interaccionar dos plasmas producidos simultáneamente a partir de materiales diferentes, en un caso, los plasmas se propagan en direcciones paralelas, en el otro, se utiliza una configuración de blancos múltiples, mientras que en el tercero se combina el plasma de ablación con un vapor producido por evaporación térmica. Con estas configuraciones se han preparado películas delgadas de óxido de vanadio con diferentes contenidos de plata que dan lugar a oxido de vanadio, así como diferentes vanadatos de plata en algunos casos decorados con nanopartículas de plata. Se evaluó la actividad fotocatalítica de las películas delgadas obtenidas con las diferentes configuraciones en la degradación de una solución de verde de malaquita empleando luz solar simulada con buenos resultados. Es importante mencionar que, hasta donde sabemos, los materiales obtenidos no han sido preparados utilizando estas configuraciones experimentales, lo que le confiere a este trabajo de tesis originalidad.

A la Universidad Autónoma del Estado de México (UAEM), al Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ) y a la Universidad Autónoma Metropolitana campus Iztapalapa (UAM-I) por las facilidades otorgadas para los estudios de doctorado. Al Centro Conjunto de Investigación en Química Sustentable UAEM-UNAM (CCIQS). Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) por la beca otorgada para los estudios de Doctorado y Beca Mixta con numero de becario CVU 325795 y al financiamiento a través de los proyectos CB-168827 y CB-240998 A la SIEA por la beca otorgada Movilidad Estudiantil de Estudios Avanzados 2016

Doctoral thesis

Photocatalysis Thin films silver vanadates BIOLOGÍA Y QUÍMICA

Thermoluminescent response of C-modified Al2O3 thin films deposited by parallel laser ablation plasmas

JORGE EDUARDO VALDES GARCES LUIS ESCOBAR ALARCON PEDRO RAMON GONZALEZ MARTINEZ Dora Alicia Solís Casados JAVIER SAUL ROMERO MARQUEZ FERNANDO GONZALEZ ZAVALA EMMANUEL HARO PONIATOWSKI (2017)

Aluminium oxide thin films modified with different amounts of carbon were prepared using a parallel laser ablation plasmas configuration. The effect of the amount of carbon incorporated in the films on their compositional, morphological, structural, and thermoluminescent properties was studied. The results showed that films with different C content, from 11 to 33 at. %, were obtained. The structural characterization revealed the growth of an amorphous material. Surface morphology of the obtained thin films showed smooth surfaces. The films were exposed to UV and gamma radiation (Co-60) in order to study their thermoluminescence response. The results tend to indicate that carbon incorporation into the alumina favours the increase of a high temperature TL peak.

CONACyT CB 240998

Article

thin films laser ablation thermoluminiscence BIOLOGÍA Y QUÍMICA

Universal testing machine for mechanical properties of thin materials

JOSÉ EMILIO CORONA HERNANDEZ ANDRES IVAN OLIVA ARIAS FRANCIS AVILES CETINA JESUS GONZALEZ HERNANDEZ (2010)

In this work, the design, construction, calibration and compliance measurement of a universal testing machine for tension tests of materials in film geometry are presented. A commercial load cell of220 N and sensitivity of 1.2345 mV/V is used to measure the applied load. Material strain is measured by movement of the crosshead displacement of the machine with a digital indicator with 0.001 mm resolution and 25 mm maximum displacement, connected to a PC through an interface. Mechanical strain is achieved by an electric high precision stepper motor capable to obtain displacement velocities as low as 0.001 mm/s. The stress-strain data acquired with a GPIB interface are saved as a file with a home-made program developed in LabView 7.0. Measurements of the elastic modulus and yield point of a commercial polymer film (500 HN Kapton) were used to validate the performance of the testing machine. The obtained mechanical properties are in good agreement with the mean values reported by the supplier and with the values obtained from a commercial machine, taking into account the limitations of thin film testing and experimental conditions.

Article

COMPLIANCE ELASTIC MODULUS THIN FILMS UNIVERSAL TESTING MACHINE MACHINE INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA