Etude théorique de la diffusion de l’oxygène dans des oxydes diélectriques

Theoretical study of oxygen diffusion in gate oxides

• Auteur / Autrice : Mireille Lontsi Fomena
• Direction : Jean-Pierre Doumerc, Antoine Villesuzanne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 11/12/2008
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aluminium -- Composés

Silicium

Matériaux -- Propriétés électriques

Strontium -- Composés

Lanthane -- Composés

Titane -- Composés

Liaisons chimiques

Oxygène -- Composés

Ions -- Diffusion

Électrons -- Diffusion

Mots clés libres

Oxydes « high-k »

Diffusion de l’ion oxygène

Analyse topologique de la densité électronique

Théorie de la Fonctionnelle de la Densité Electronique

Cartes de densité d’énergie

Défauts: lacunes

«High-k» oxides

Oxygen ion diffusion

Defects: vacancies

Electron Density Functional Theory

Topological analysis of electron density

Energy density cards

Résumé

La miniaturisation des composants CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) impose l’emploi de matériaux diélectriques de permittivité élevée. LaAlO3 et SrTiO3 sont aujourd’hui parmi les meilleurs candidats ; toutefois, la diffusion de l’oxygène dans ces matériaux conduit à la dégradation des propriétés électriques et de l’interface avec le silicium. Ce travail théorique a pour but d’étudier les facteurs gouvernant, à l’échelle de la liaison chimique, la diffusion de l’ion oxygène. L’approche choisie repose sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), couplée à des méthodes d’analyse de la densité électronique, et sur le développement d’un outil original : les cartes de densité d’énergie. Les régions de la densité électronique contribuant à la barrière de diffusion ont ainsi pu être identifiées; une optimisation de ces matériaux à l’échelle de la liaison chimique peut alors être envisagée.

The miniaturization of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) components requires the use of high dielectric permittivity materials as gate oxide. LaAlO3 and SrTiO3 are among the best candidates, but the oxygen diffusion in these materials leads to the degradation of both the electrical properties and the interface with silicon. In this context, the aim of this theoretical work is to study the factors governing the oxygen ion diffusion at the chemical bonding scale. This approach is based on Density Functional Theory (DFT), coupled with electron density analysis methods, and the pioneering development of energy density cards. The regions of the electron density contributing to the diffusion barrier have been identified allowing new routes of optimization of these materials across the chemical bonding.