Modeling of Leakage Currents in High-κ Dielectrics
Translated title:
Modellierung von Leckströmen in High-k Dielektrika
Author:
Jegert, Gunther Christian
Year:
2011
Document type:
Dissertation
Faculty/School:
Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Advisor:
Lugli, Paolo (Prof. Dr.)
Referee:
Hamacher, Thomas (Prof. Dr.); Lugli, Paolo (Prof. Dr.); Vogl, Peter (Prof. Dr.)
Language:
en
Subject group:
PHY Physik
Abstract:
Leakage currents through high-permittivity thin films are one of the major bottlenecks impeding the downscaling of integrated circuits. Thus, a fundamental, physical understanding of their origin is highly desirable.
In the present work microscopic physical models for relevant leakage current mechanisms are developed and embedded in a kinetic Monte Carlo simulation framework that allows qualitative and quantitative analyses of the electronic transport. Three-dimensional transport simulations are carried out at the level of single charge carriers. Spatially localized phenomena, such as percolation of charge carriers across point-like defects, being subject to structural relaxation processes, or electrode roughness effects, are investigated in this simulation scheme. A self-consistent, closed transport model for the technologically very important TiN/ZrO2 material system is developed and viable system optimization strategies are derived.
Translated abstract:
Leckströme in High-k Dielektrika sind eines der wesentlichen Hindernisse für die weitere Miniaturisierung integrierter Schaltkreise. Ein fundamentales, physikalisches Verständnis ihres Ursprungs ist daher sehr erstrebenswert.
In der vorliegenden Arbeit werden mikroskopische, physikalische Modelle für die relevanten Leckstrommechanismen entwickelt und in einen Simulationsalgorithmus, basierend auf kinetischem Monte Carlo, integriert. Transportsimulationen werden mit einer Auflösung einzelner Ladungsträger in drei Dimensionen durchgeführt. Dies erlaubt das Studium räumlich lokalisierter Phänomene wie Perkolation von Ladungsträgern über punktförmige Defekte oder des Effekts von Elektrodenrauigkeiten. Schrittweise wird ein selbstkonsistentes, abgeschlossenes Transportmodell für das technologisch bedeutsame TiN/ZrO2>/sub> -Materialsystem entwickelt und aus diesem werden Optimierungsstrategien abgeleitet.
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