"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF7845
ETF7845 "Nanomõõtmelised metall-dielektrik-struktuurid (1.01.2009−31.12.2012)", Jaan Aarik, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Füüsika Instituut, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond.
ETF7845
Nanomõõtmelised metall-dielektrik-struktuurid
Nanodimensional metal-dielectric structures
1.01.2009
31.12.2012
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.12. Protsessitehnoloogia ja materjaliteadusT150 Materjalitehnoloogia2.3. Teised tehnika- ja inseneriteadused (keemiatehnika, lennundustehnika, mehaanika, metallurgia, materjaliteadus ning teised seotud erialad: puidutehnoloogia, geodeesia, tööstuskeemia, toiduainete tehnoloogia, süsteemianalüüs, metallurgia, mäendus, tekstiilitehnoloogia ja teised seotud teadused).100,0
PerioodSumma
01.01.2009−31.12.2009271 872,00 EEK (17 375,79 EUR)
01.01.2010−31.12.2010271 872,00 EEK (17 375,79 EUR)
01.01.2011−31.12.201115 464,40 EUR
01.01.2012−31.12.201215 464,40 EUR
65 680,38 EUR

Uuritakse dielektrikute (TiO2, Al2O3, HfO2 jt.) kasvu metallide (näit. Ru, Ir) ja metallilise juhtivusega oksiidide (näit. RuO2) pinnal ning metallide kasvu dielektrikute pinnal, et leida võimalusi üliõhukesi (1–20 nm) epitaksiaalkihte sisaldavate metall-dielektrik-struktuuride valmistamiseks tasapinnalistel ja nanoprofiilsetel alustel. Epitaksiaalstruktuurides loodetakse saada senistest analoogidest suurema dielektrilise läbitavusega ja väiksemate lekivooludega dielektrikukihte, mis on äärmiselt vajalikud ülisuure integratsiooniastmega muutmälude väljatöötamiseks. Suurt tähelepanu osutatakse metall-dielektrik-struktuuridele, mis on kasvatatud nanomõõtmelistesse süvenditesse ja maatriksitesse. Sellega seoses õpitakse tundma dielektrikute lokaalset epitaksiaalset kasvu polükristallilistele elektroodidele, et nii realiseerida epitaksiaalkihtide eeliseid nanoprofiilsetel alustel, mille üks tähtsamaid rakendusi on samuti nanoelektroonika seadised sh. uue põlvkonna muutmälud. Oluline koht on projektis uuringutel, mille eesmärgiks on senisest tõhusamalt kontrollida üliõhukeste metallikihtide sadestamist. Ühelt poolt selleks, et leida meetodid siledapinnaliste elektroodkihtide valmistamiseks kondensaatorstruktuuride tarbeks. Teiselt poolt pakub huvi metallide kasv eraldiseisvate saartena, sest nii oleks võimalik valmistada nanoklastreid, mida saaks rakendada välkmäludes, elektronide emitterites, nano-optika seadistes, keemilistes sensorites jm. Projektis arendatav aatomkihtsadestamise meetod peaks pakkuma suurepäraseid võimalusi nii homogeensete siledapinnaliste kihtide kui ka täpselt kontrollitava suurusega nanoklastrite valmistamiseks. Selleks, et neid võimalusi realiseerida, õpitakse detailselt tundma nukleatsiooni protsessides, mis põhinevad kommertsiaalsetel ning mittekommertsiaalsetel lähteainetel. Uuringutes kasutatakse nii reaalajalisi kui ka kasvujärgseid mõõtmismeetodeid saamaks teavet kasvuprotsesside ning saadud struktuuride kohta. Projekti raames kavatsetakse teha koostööd Slovaki TA Elektrotehnika Instituudi ja Uppsala Ülikooliga epitaksiaalstruktuuride valmistamise ja karakteriseerimise alal, kemikaalide tootjatega Praxair Inc. (USA) ja Air Liquide (Prantsusmaa) uute lähteainete otsingutel, Helsingi Ülikooli ja Valladolidi Ülikooliga struktuuride kasvujärgse karakteriseerimise alal ning uurimiskeskusega Demokritos (Kreeka) nanopunkt-struktuuride rakenduste alal. Projekt toetab kraadiõpinguid.
Growth of dielectrics (TiO2, Al2O3, HfO2 etc.) on metals (Ru, Ir etc.) and oxides of metallic conductivity (e.g. RuO2) as well as growth of metals on dielectrics will be investigated to find reliable methods for processing epitaxial metal-dielectric structures with layer thicknesses of 1–20 nm on planar and nano-profiled substrates. A marked increase of dielectric constant and reduction of leakage currents in ultrathin dielectrics needed for capacitor structures of dynamic random access memories (DRAM) are expected due to epitaxial nature of these structures. Particular attention will be concentrated on structures grown on nanopatterned templates and in nanosize trenches. In this connection, local epitaxy of dielectrics on polycrystalline electrodes will be studied to realize advantages of epitaxial structures on nanoprofiled substrates that have important applications in nanoelectronic devices (e.g. in DRAM-s) of the next generation. Studies aimed at improved control on the deposition of ultrathin metal films will be of particular significance in the project. On one hand, smooth and homogeneous electrode layers are required for capacitor structures of DRAM-s. On the other hand, growth of well-separated metal nanoclusters is of great interest, as these nanoclusters can be applied in flash memories, efficient electron emitters, nano-optical devices, chemical sensors etc. The atomic layer deposition method that will be advanced in the project should provide great opportunities for growing smooth homogeneous films as well as nanoclusters of well-controlled sizes. In order to realize these opportunities, a detailed study of nucleation on different surfaces will be carried out using commercial and non-commercial precursors. Real-time and post-growth characterization methods will be used to gain information on growth and properties of nanodimensional metal-dielectric stacks. Co-operation with Institute of Electrical Engineering of Slovak Academy of Sciences in preparation and characterization of epitaxial structures on RuO2 electrodes, Uppsala University in transmission electron microscopy studies, Praxair Inc. (USA) and Air Liquide (France) in investigation of new precursors, University of Helsinki and University of Valladolid in post-growth material studies and with National Center for Scientific Research “Demokritos” (Greece) in application of nanodots in flash memories is foreseen. The project will support studies of PhD and MSc students.